Институт сильноточной электроники - история открытий

    Эволюция науки

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН (до 1991 года АН СССР) организован постановлением Госкомитета СССР по науке и технике от 28.06.1977 г. № 36 и постановлением Президиума Сибирского отделения АН СССР от 20.09.1977 г. № 427. Основатель института — академик Геннадий Андреевич Месяц. Институт создавался с целью проведения фундаментальных и прикладных научных исследований в области сильноточной электроники — нового научного направления, объединившего разработку методов генерирования мощных электрических импульсов, эмиссию интенсивных потоков корпускулярного и электромагнитного излучения, а также исследования по воздействию мощных потоков энергии на вещество. В настоящее время институт возглавляет член-корреспондент Николай Александрович Ратахин.

Сегодня в ИСЭ работают 384 человека. Научных работников 130, в том числе два академика и один член-корреспондент РАН, 33 доктора наук, 54 кандидата наук. В институте 12 научных подразделений: 3 отдела и 9 лабораторий.

ИМПУЛЬСНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Основа сильноточной электроники - мощная импульсная техника. Исследования и разработки в этой области ведутся, кроме России, в немногих странах: США, Франции, в последние годы интенсивно разворачиваются в Китае. Сильноточные генераторы наносекундных и микросекундных электрических импульсов перекрывают диапазон мощностей от сотен мегаватт (компактные настольные устройства) до 10¹⁴ Вт (машины «термоядерного» класса). Генераторы различной мощности и различного устройства составляют большую часть парка экспериментальных установок сильноточной электроники. Импульсные генераторы используются для фундаментальных исследований экстремальных состояний вещества, в том числе, направленных на решение проблемы инерциального термоядерного синтеза; в качестве источников энергии для получения потоков частиц и излучений (в том числе для радиационных испытаний и других специальных применений), а также в ряде промышленных технологий, основанных на импульсных воздействиях.

Выдающийся вклад в развитие техники формирования мощных высоковольтных импульсов внесен лауреатом Государственных премий СССР и России академиком Борисом Михайловичем КОВАЛЬЧУКОМ. Многие идеи по созданию генераторов с импульсной трансформаторной зарядкой были предложены талантливым ученым и инженером, кандидатом технических наук Александром Степановичем ЕЛЬЧАНИНОВЫМ.

                              Академик Б. М. Ковальчук                                 

В отделе импульсной техники под руководством академика Б. М. КОВАЛЬЧУКА разрабатываются крупнейшие электрофизические установки для фундаментальных исследований и отработки новых технологий. В их числе тераваттные генераторы ГИТ-12 и ГИТ-4, десятки других универсальных и специализированных устройств. Разрабатывается элементная база импульсных генераторов нового поколения (сильноточные конденсаторы, сильноточные коммутаторы, формирующие и передающие линии, элементы импульсных трансформаторов и др.). Развиваются применения импульсных генераторов в фундаментальных исследованиях экстремальных состояний вещества, в том числе, направленных на решение задачи инерциального термоядерного синтеза, а также при решении практических задач тестирования свойств вещества и техники в условиях экстремальных энергетических воздействий. Вырабатываются схемные решения при использовании импульсных генераторов в технологиях, таких как электроразрядные технологии дробления горных пород, разрушения отработанных железобетонных изделий, электроразрядного бурения и создание опытных образцов импульсных генераторов для таких технологий.

Со второй половины 90-х годов в отделе ведется разработка индукционных генераторов нового поколения - LTD-генераторов. Их мощность настолько велика, что позволяет им включаться на физическую нагрузку без использования дополнительных ступеней компрессии энергии. Исследователи США, Франции и Великобритании рассматривают такой подход как наиболее перспективный для строительства импульсных радиографических установок, и сверхмощных генераторов для инерциального термоядерного синтеза на основе Z-пинча.

Для разрабатываемого во Франции проекта лазерного термоядерного синтеза LMJ в отделе созданы импульсные источники питания систем накачки твердотельных лазеров.

ГЕНЕРАЦИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА

Лауреат Ленинской и Государственной премий А.В. Лучинский (1929—2004)

Успехи в строительстве импульсных генераторов позволили Институту начать на высоком уровне физические исследования вещества в условиях высокой плотности вложенной энергии. Пионерские достижения в этой области связаны с именем лауреата Ленинской и Государственной премий Андрея Владимировича ЛУЧИНСКОГО. Сегодня работы в отделе высоких плотностей энергии ведутся под руководством члена-корреспондента РАН Николая Александровича РАТАХИНА.

Исследования ведутся на крупнейших импульсных установках: генераторах ГИТ-12 и МИГ. В экспериментах по электродинамическому сжатию вещества удалось получить импульсные магнитные поля в десятки мегагаусс и давления на уровне ста мегабар. Впервые в лабораторных условиях продемонстрирована степень сжатия твердого вещества, характерная для ядерного взрыва. При сжатии многокаскадных лайнеров удалось добиться эффективной генерации К-излучения при больших - субмикросекундных — временах имплозии, получить эффективную генерацию жесткого излучения с энергией квантов до десяти килоэлектронвольт. Предложены методы, позволяющие значительно повысить плотность энергии, транспортируемой в импульсном режиме по передающим линиям.

В последние три года институт в лице отделов высоких плотностей энергии и импульсной техники, используя имеющийся богатый опыт по импульсному сжатию лайнеров, активно включился в исследования по получению мощных потоков нейтронов. Эти исследования имеют прямое отношение к решению проблемы осуществления инерциального термоядерного синтеза. Совместно с Чешским техническим университетом в Праге, Институтом ядерной физики Академии наук Чешской республики и Национальным исследовательским Томским политехническим университетом в экспериментах с двухкаскадными дейтериевыми лайнерами с внешней плазменной оболочкой получен выход 2,9×10¹² нейтронов за импульс при токе через лайнер 2,7 МА. Это рекордный по эффективности результат. Эксперименты подтвердили, что теоретическая зависимость выхода нейтронов, пропорциональная четвертой степени пикового тока имплозии, реализуется при токах более 2 МА. Это открывает широкие перспективы для осуществления реакции управляемого термояда в лайнерных схемах.

ГЕНЕРАЦИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Исследования по генерации мощных импульсов микроволнового излучения начались в Институте в 1977 году и уже вскоре увенчались созданием первого в мире импульсно-периодического СВЧ-генератора с импульсной мощностью более 100 мегаватт. За 30 лет под руководством Сергея Дмитриевича КОРОВИНА сложилась авторитетная научная школа по релятивистской сильноточной электронике.

                                                                                                    Академик С.Д.Коровин

С 2006 года отдел возглавляет д.ф.-м.н. Владислав Владимирович РОСТОВ. В отделе физической электроники ИСЭ СО РАН традиционно сложные фундаментальные исследования сочетаются с прикладными. Важная часть — формирование и транспортировка сильноточных электронных пучков, из применения: технологические и междисциплинарные, но в первую очередь — для получения сверхмощных СВЧ-импульсов. Созданные в отделе физической электроники СВЧ-генераторы на основе сильноточных ускорителей "СИНУС" не имеют мировых аналогов. Освоены все известные механизмы генерации и основные типы СВЧ-приборов. На уникальном ускорителе СИНУС-7 получены мощности излучения до нескольких гигаватт. Созданы компактные источники сверхкоротких гигаваттных СВЧ-импульсов на основе эффекта сверхизлучения. Совместно с томскими биологами и медиками проводятся исследования влияния импульсно-периодических электромагнитных излучений на клетку.

Гигаваттный СВЧ-генератор на основе импульсно-периодического сильноточного ускорителя электронов СИНУС-7

В последние годы произошли сдвиги в понимании формирования очень коротких, субнаносекундных, пучков в режиме взрывной электронной эмиссии. Удалось найти условия, когда можно стабилизировать время задержки взрывной эмиссии, сократив разброс по времени в сотни и тысячи раз, до пикосекунд (в 1980—90 годы  взрывную эмиссию исследовали в основном на длинных, наносекундных импульсах, и стабильность тока взрывной эмиссии была не очень высокой). При использовании коротких фронтов напряжения стабильность тока взрывной эмиссии обеспечивается одновременным возникновением большого числа плазменных эмиссионных центров. Это, в свою очередь, позволило осуществить цикл исследований, проводимых в сотрудничестве с Институтом электрофизики УрО РАН, г. Екатеринбург, по генерации мощных микроволновых импульсов с четко определенной и точно воспроизводимой фазой в каждом импульсе. Ранее считалась, что фаза электромагнитных колебаний в сильноточных СВЧ автогенераторах случайна. При больших длительностях фронта тока пучка так и происходит, однако при его сокращении фаза фиксируется. За счёт этого удалось впервые продемонстрировать возможность фазирования нескольких параллельно работающих наносекундных СВЧ-генераторов. Например, удалось получить фазированное излучение с длиной волны 8 мм из четырех параллельных каналов, питаемых одним высоковольтным источником. Ещё несколько лет назад такое не представлялось возможным. Получаемые результаты охотно принимают к публикации такие известные журналы как Physical Review Letters, Applied Physical Letters, Journal of Applied Physics.

В 1982 году в лаборатории высокочастотной электроники под руководством доктора физ-мат наук Владимира Ильича КОШЕЛЕВА были начаты исследования многоволновых черенковских СВЧ-генераторов. На электронном ускорителе ГАММА были получены импульсы излучения рекордных мультигигаваттных мощностей.

В 1993 году в лаборатории стартовали исследования по генерации мощных импульсов сверхширокополосного излучения. За последние годы созданы источники сверхширокополосных импульсов с гигаваттной пиковой мощностью, мегавольтным эффективным потенциалом и частотой срабатывания до 100 Гц. Ведутся работы по созданию компактных приемных антенн и антенных решеток, разрабатываются методы распознавания объектов с помощью сверхширокополосных импульсов.

 Разработан и исследован многововолновой череновский генератор гигаваттного уровня мощности с линейно поляризованным излучением и гауссовым распределением поля. Работа открывает перспективы создания компактных мощных источников микроволнового излучения в различных диапазонах частот, включая терагерцовый.  

Созданы и исследованы мощные источники сверхширокополосного излучения с эллиптической поляризацией на основе возбуждения цилиндрических спиральных антенн и решеток биполярным импульсом напряжения. Это обеспечивает новые возможности по проведению исследований в области сверхширокополосной радиолокации и устойчивости электронных систем к воздействию сильных электромагнитных полей.

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В ВАКУУМЕ

Еще в середине 1960-х годов группе Геннадия Андреевича Месяца удалось в уникальных экспериментах однозначно доказывать механизм электрического пробоя в вакууме. Явление взрывной эмиссии электронов было признано научным открытием. Возникло новое научное направление - сильноточная эмиссионная электроника.

Взрывоэмиссионные катоды позволили генерировать импульсные электронные пучки недостижимых ранее мощностей. На их основе были созданы мощные импульсные лазеры, рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц. Было доказано, что взрывная эмиссия играет фундаментальную роль не только в вакуумном, но и в импульсном газовом разряде.

Процессы вакуумного пробоя более четверти века изучаются в лаборатории вакуумной электроники под руководством Заслуженного деятеля науки, профессора Дмитрия Ильича ПРОСКУРОВСКОГО. С 2006 года лабораторией руководит кандидат физ.-мат. наук Александр Владимирович БАТРАКОВ. Уникальный накопленный опыт, филигранная экспериментальная техника позволяют открывать новые стороны уже знакомых явлений. Так, в 2000 году был обнаружен объект в вакуумном разряде - капельное пятно.

Разработанные в лаборатории уникальные источники широкоапертурных импульсных электронных пучков нашли применение в технологиях увеличения электрической прочности вакуумной изоляции, модификации поверхности материалов. По лицензии института в Японии выпущено около 100 установок для электронно-пучковой полировки металлических изделий.

Название «Лаборатория вакуумной электроники» может показаться излишне всеобъемлющим, но в данном случае это оправдано. Лаборатория охватывает четыре научных направления, взаимосвязанных между собой не только организационно (каждое из направлений представлено самостоятельной научной группой), но и по сути явления электрического разряда в вакууме. Вакуумный разряд начинается с вакуумного пробоя, и первое из направлений — электрическая изоляция в вакууме и вакуумный пробой. За стадией вакуумного пробоя следует стадия вакуумной дуги, и исследование и применение данного явления — второе научное направление лаборатории. Третье направление — генерация сильноточных электронных пучков в плазмонаполненных диодах. Четвёртое — воздействие таких пучков на материалы с целью модификации свойств их поверхности. Примечательно то, что данная цепочка имеет «внутренний круг» обращения, поскольку один из методов, развиваемых лабораторией — повышение электрической прочности вакуумной изоляции путём модификации поверхности электродов сильноточным электронным пучком.

Лаборатория, как и институт в целом, не замыкается на фундаментальных научных исследованиях, и активно трудится над созданием новых наукоёмких технологий. Наибольшего успеха в прикладных направлениях исследований лаборатория достигла в области металлургии поверхности. Исследования и разработки в данном направлении проводятся совместно с ООО «Микросплав», руководимым к.ф.-м.н. А. Б. Марковым, сотрудником лаборатории.

В последние годы лаборатория вакуумной электроники сделала решительный шаг в сторону исследований для применений в космической технике. В частности, в лаборатории ведётся поиск научно-технических решений для разработки микроплазменных двигателей для малых космических аппаратов. Другое «космическое» направление исследований — разработка методов и аппаратуры для диагностики бортовой аппаратуры и кабельной сети космических аппаратов на устойчивость к дугобразованию при их эксплуатации в космосе. Данная работа выполняется при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ № RFMEFI60714X0008. Индустриальным партёром в данных исследованиях является АО «Информационные спутниковые системы» и. академика М. Ф. Решетнева.

ФИЗИКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

Значительное место в тематике института занимают работы по исследованию низкотемпературной плазмы газовых разрядов. Результаты цикла исследований воздействия внешнего ионизирующего излучения на процесс развития импульсного разряда высокого давления были зарегистрированы как научное открытие.

Научное подразделение под руководством Юрия Дмитриевича Королева было создано в 1980 г. как лаборатория газовой электроники. Основное направление ее работы было связано с исследованиями газовых разрядов и с применением разрядов в устройствах сильноточной электроники. Тематика оказалась более широкой, чем в первоначальной формулировке, и в 1986 г. подразделение было преобразовано в лабораторию низкотемпературной плазмы. Ее задачей стало изучение импульсных разрядов в газах высокого и низкого давления и применение разрядов в самых различных областях. В настоящее время коллектив основных сотрудников лаборатории включает 9 человек, из них два доктора наук и два кандидата наук.

Среди наиболее крупных результатов можно отметить следующие.

Применительно к разрядам высокого давления развита концепция электрополевых неустойчивостей, приводящих к переходу объемного разряда в искру. Предложены способы подавления неустойчивостей. В результате реализованы импульсные разряды, являющиеся активной средой мощных импульсных лазеров, при объеме плазмы до сотен литров.

Для разрядов низкого давления прояснены механизмы их формирования и поддержания тока в сильноточной стадии. Полученные данные позволили разработать новый класс уникальных сильноточных коммутирующих приборов (так называемых тиратронов с холодным катодом). Совместно и ООО «Импульсные технологии» (г. Рязань) приборы внедрены в промышленное производство.

В последнее время интенсивно развивается направление, связанное с исследованием слаботочных разрядов в потоке газа и с генерацией низкотемпературных плазменных струй на основе таких разрядов. Предложены различные направления использования разрядов, включая их применение в системах плазменного поддержания горения и конверсии углеводородов.

Отличительной особенностью лаборатории являются широкое сотрудничество связи с другими научными группами в России и за рубежом. Работы поддерживаются российскими и зарубежными грантами, а также другими источниками финансирования. Получаемые результаты высоко оцениваются специалистами. Формальным показателем этого может служить то, что ведущие сотрудники имеют довольно высокий индекс Хирша по системе Web of Science. Например, для Ю. Д. Королева данный индекс составляет 18. В течение долгого времени Ю. Д. Королев является координатором работ по низкотемпературной плазме в Сибирском отделении РАН.

МОЩНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ

Наиболее впечатляющие результаты применение импульсных объемных газовых разрядов дало в мощной лазерной технике, бурное развитие которой пришлось на 1960—70-е годах. В ИСЭ под руководством Геннадия Андреевича МЕСЯЦА и доктора физ-мат наук Юрия Ивановича БЫЧКОВА были созданы СО₂ лазеры с рекордной энергией импульса до 5 килоджоулей, целая серия электроразрядных эксимерных лазеров с энергией в импульсе до 10 Дж, лазеров с накачкой электронным пучком с энергией до 2 килоджоулей.

Сегодня в лаборатории газовых лазеров под руководством профессора, доктора физико-математических наук Валерия Федоровича ЛОСЕВА развиваются два основных научных направления. Первое связано с разработкой электроразрядных газовых лазеров на различных молекулах (эксимеры, СО₂, HF, N₂), способных работать с частотой следования импульсов до 100 Гц, второе — с разработкой и созданием мультитераваттной фемтосекундной лазерной системы видимого диапазона спектра.

Слева направо: д.ф.-м.н. В. Ф. Лосев, академик Б. М. Ковальчук и к.ф.-м.н. Н. Г. Иванов на фоне мультитераваттного лазера THL-100

Электроразрядные лазеров перспективны для создания новых технологий в микроэлектронике, получения нанопорошков и нанопленок, могут использоваться в биологии и медицине. На основе эксимерного KrF лазера, разработанного в лаборатории, за последние годы совместно с Институтом оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН и Институтом проблем химико-энергетических технологий СО РАН был создан лидар для обнаружения взрывчатых веществ в воздухе и на поверхностях, не имеющий мировых аналогов по своей чувствительности. Лидар прошел испытания, и практически готов к внедрению для мероприятий по антитеррору.

С 2005 г. по инициативе и поддержке академика Г. А. Месяца ведутся совместные с Физическим институтом им. П. Н. Лебедева РАН работы по созданию в ИСЭ СО РАН, в коллаборации нескольких лабораторий, мощной гибридной лазерной системы THL-100 на основе твердотельного фемтосекундного задающего комплекса и выходного газового усилителя на молекулах XeF(C-A). Ее создание открывает новое направление в построении лазерных систем сверхвысокой мощности, основанное на использовании в конечном каскаде усиления газовой активной среды с фотохимической накачкой. Интерес к лазерным пучкам сверхвысокой мощности обусловлен возникновением при их взаимодействии с веществом таких уникальных явлений генерация электронных и ионных пучков высокой энергии с рекордными плотностями тока, возможностью быстрого зажигания лазерного термоядерного синтеза, генерации аттосекундных импульсов излучения в рентгеновском диапазоне, стимулирования ядерных реакций и т.д. Уникальность лазерной системы THL-100 состоит в том, что она работает в видимой области спектра, и уже в настоящее время имеет рекордную мощность 14 ТВт. В перспективе эту мощность планируется поднять до 50—100 ТВт.

ГЕНЕРАЦИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ЭКСИЛАМПЫ, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

В 1990 году в лаборатории оптических излучений под руководством доктора физ.-мат. наук Виктора Федотовича ТАРАСЕНКО началась разработка эксиламп — нового класса источников ультрафиолетового излучения, использующих узкополосное неравновесное спонтанное излучение эксимерных или эксиплексных молекул.

Сегодня эксилампы находят широкое применение в микроэлектронике, фотохимии и аналитической химии. Имеются перспективы использования их излучения в нефтегазовой промышленности, фитобиологии, технологиях фотосинтеза, показана его эффективность при лечении кожных заболеваний.

Разработанные образцы эксиламп удостоены многочисленных наград на российских и международных выставках и используются во многих организациях России и за рубежом.

За последние годы учёными лаборатории были получены новые результаты по генерации сверхкоротких лавинных электронных пучков, формированию и применению объемных наносекундных разрядов с неоднородным электрическим полем.

Проведен цикл исследований по созданию эксиламп с высокой мощностью излучения и большим сроком службы, в том числе с привлечением внебюджетных средств по международным программам и контрактам. Определены оптимальные условия возбуждения эксиламп барьерного разряда на инертных газах и смесях инертных газов с галоидами. Созданы опытные образцы уникальных эксиламп, излучающиющих на узких полосах в УФ и ВУФ областях спектра, которые пользуются спросом на мировом и российском рынках. В частности, созданы малогабаритные XeCl – эксилампы (длина волны излучения 308 нм) со сроком службы отпаянного излучателя более 10 тысяч часов. Разработана компактная эксилампа с выходным окном 80´11 см и мощностью излучения на длине волны 222 нм (KrCl) 20 Вт и на длине волны 282 нм (XeBr) 30 Вт.

В лаборатории проведены экспериментальные исследования пучков убегающих электронов и диффузных разрядов при высоких давлениях в неоднородном электрическом поле. При давлениях от единиц торр до 12 атмосфер за фольгой газового диода при субнаносекундном пробое различных газов получены пучки убегающих электронов с длительностью импульса около 100 пикосекунд током до 100 ампер. Показано, что изменением давления можно плавно регулировать длительность импульса тока пучка. Пучки убегающих электронов удалось генерировать с высокой частотой следования импульсов, до 3.5 кГц. При пробое воздушного промежутка атмосферного давления поток быстрых электронов зарегистрирован за сетчатым катодом, и в этих условиях с анодом из тантала получена экспозиционная доза рентгеновского излучения за импульс 3.5 мР. Продемонстрирована перспективность применения сверхкороткого лавинного электронного пучка для исследования импульсной катодолюминесценции в различных кристаллах: искусственном и природном алмазе; кальците, сподумене и флюорите.

ИСТОЧНИКИ ПЛАЗМЫ И ИОННЫХ ПУЧКОВ. ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Основателем научного направления плазменной эмиссионной электроники по праву следует считать профессора, доктора технических наук Юлия Ефимовича КРЕЙНДЕЛЯ. Его преемником стал Заслуженный деятель науки доктор физико-математических Петр Максимович ЩАНИН.

                                                                                                    профессор Ю.Е. Крейндель

Сегодня в лаборатории плазменной эмиссионной электроники  ведутся фундаментальные работы по поиску новых форм разрядов низкого давления, генерации плазмы в больших объемах, разрабатываются новые плазменные источники заряженных частиц. Одновременно проводятся работы по изучению воздействия плазмы и концентрированных потоков электронов на поверхность материалов с целью улучшения их физико-химических и эксплуатационных свойств.

Значительные перспективы для внедрения в промышленность имеет разработанный в лаборатории метод азотирования деталей в плазме дугового разряда. Обработка материалов микросекундными сильноточными электронными пучками может быть внедрена в технологические циклы создания штамповой оснастки, инструмента, пар трения и других механизмов, работающих в условиях повышенных нагрузок и в агрессивных средах.

Учёными созданы уникальные электронно-ионно-плазменные технологические установки "Элион-Азот", "СОЛО", "КВАДРО" и "ТРИО", по совокупности параметров превосходящие все известные мировые аналоги.

В настоящее время в лаборатории работают двадцать четыре сотрудника в том числе:

3 доктора наук, 4 кандидата наук, 10 научных сотрудников без степени, инженеры и техники. Более 60% сотрудников в возрасте до 35 лет.

В последние годы активно развиваются два новых научных направления:

- азотирование материалов и изделий в низкотемпературной плазме как самостоятельных, так и несамостоятельных разрядов низкого давления;

- создание оборудования и технологии комплексной обработки поверхности материалов и изделий, сочетающей плазменно-ассистированное электродуговое напыление функциональных покрытий с последующим миксингом под воздействием плотных низкоэнергетических электронных пучков субмиллисекундной длительности.

Использование разрабатываемых методов позволяет целенаправленно конструировать поверхности, наиболее ответственных деталей современной техники и инструмента, добиваясь многократного увеличения ресурса их работы в экстремальных режимах эксплуатации.

В 2014 году лаборатория выиграла трехлетний грант Российского научного фонда на поддержку действующих лабораторий по теме: «Разработка физических основ комплексного электронно-ионно-плазменного инжиниринга поверхности материалов и изделий». Выполнение этого гранта позволит лаборатории активно развиваться и продвигать новые электронно-ионно-плазменные технологии не только на российском, но и на зарубежном рынках.

В лаборатории плазменных источников, возглавляемой доктором технических наук Ефимом Михайловичем ОКСОМ, изучаются процессы, происходящие в катодной области вакуумного дугового разряда, проводятся исследования по генерации многозарядных ионов, исследования разрядов с полым катодом. Здесь создаются эффективные источники электронных, ионных пучков и генераторы плазмы, параметры которых определяют сегодняшний мировой уровень развития этой области ионно-плазменной техники. Лаборатория поддерживает тесное сотрудничество со многими крупными научными центрами США и Европы.

Основное направление научной деятельности лаборатории прикладной электроники, заложенное ее основателем академиком Сергеем Петровичем БУГАЕВЫМ — физические исследования процессов ионно-плазменного осаждения пленок различных веществ. Преемником академика Бугаева в 2002 году стал доктор технических наук Николай Семенович CОЧУГОВ. Под его руководством был разработан ряд технологических установок для нанесения тонкопленочных покрытий с заданными функциональными свойствами на подложки большой площади. Установки серии "ВНУК" для нанесения теплосберегающих покрытий на архитектурные стекла с площадью до 4 квадратных метров в свое время были запущены на многих предприятиях Сибири.

           академик С.П. Бугаев (1936—2002)                        

В 2004 году с целью коммерциализации разработанных в лаборатории источников питания напылительных устройств было создано малое инновационное предприятие ООО «Прикладная электроника». За прошедшее время предприятие существенно расширило спектр выпускаемой продукции от источников питания до магнетронных распылительных устройств, источников ионов и вакуумных технологических установок для нанесения покрытий.

В 2009 году лаборатория начала исследования в новой для себя области – водородной энергетике, занявшись разработкой твердооксидных топливных элементов с тонкопленочным электролитом. Сегодня совместно с Томским политехническим университетом деляются попытки коммерциализации разработанного метода изготовления топливных элементов, работающих на водороде и природном газе.

В 2014 году лабораторию возглавил кандидат технических наук Андрей Александрович СОЛОВЬЕВ. В лаборатории создаются современные источники питания для напылительных установок, ведутся работы по созданию нового типа прозрачных электропроводящих покрытий на стекле и полимерных пленках, разрабатываются новые виды электрохромных, углеродных алмазоподобных и других покрытий с различными функциональными свойствами.

Лаборатория теоретической физики ИСЭ была организована в 1980 году для поддержки экспериментальных работ других научных подразделений. Сегодня лаборатория под руководством доктора физ.-мат наук Андрея Владимировича Козырева тесно взаимодействует практически со всеми исследовательскими коллективами Института в области физики пучков заряженных частиц и плазмы, физики газового разряда, взаимодействия потоков частиц с веществом. Большое внимание в институте уделяется развитию компьютерного моделирования. Численный эксперимент прочно закрепился в сильноточной электронике, став мощным инструментом в физическом исследовании и конструировании электрофизических устройств.

***

В Институте сделаны научные открытия: явления взрывной электронной эмиссии (1976 г., № 176) и закономерностей воздействия внешнего ионизирующего излучения на процессы в импульсном газовом разряде высокого давления (1989 г., № 363).

Из числа работавших в институте Г. А. Месяц, Б. М. Ковальчук, С. Д. Бугаев, С. Д. Коровин стали действительными членами, В. Г. Шпак, Ю. А. Котов, М. И. Яландин, Н. А. Ратахин, Н. В. Гаврилов — членами-корреспондентами АН СССР и РАН.

Сотрудниками Института получены Государственные премии СССР, РФ в области науки и техники (1978, 1981, 1984, 1998, 2003); Государственная премия РСФСР в области науки и техники (1988); Премии Совета Министров СССР (1988, 1990); Премии Правительства Российской Федерации (2002, 2013); Премии Ленинского комсомола в области науки и техники (1968, 1980, 1987); Общенациональная неправительственная Демидовская премия (2007). В активе ученых ИСЭ международная премия им. Э. Маркса за цикл работ по генерации сверхмощных электрических импульсов (1997), премия им. П. Чаттертона за выдающийся вклад в понимание явлений электрического пробоя и разряда в вакууме (2000, 2002), премия им. У. Дайка за выдающийся вклад в исследования электрического пробоя и электрической прочности в вакууме (2008), международная энергетическая премия «Глобальная энергия» (2003).

ИСЭ СО РАН является признанным мировым лидером в области фундаментальных исследований и разработок в области импульсной энергетики и сильноточной электроники.          Объем ежегодных поставок наукоемкой продукции по договорам с отечественными заказчиками 60—70 млн. руб. Ежегодно разрабатываются и поставляются в ведущие зарубежные исследовательские центры уникальные электрофизические установки для фундаментальных исследований и прикладного использования на сумму 1—1,5 млн. долларов. В том числе, институт принимал и принимает участие в разработке элементной базы для проектов импульсного термоядерного синтеза, реализуемых Францией и США.

Работы ИСЭ пользуются и значительной грантовой поддержкой: институт выполняет 5 проектов Российского научного фонда, около 50 проектов Российского фонда фундаментальных исследований.

На базе научно-технического задела ИСЭ СО РАН работает 7 малых инновационных предприятий.

Институт состоит участником технологических платформ РФ «Национальная информационная спутниковая система», «Национальная космическая технологическая платформа», «Медицина будущего», «Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии – фотоника», «Малая распределенная энергетика», «Радиационные технологии», «Глубокая переработка углеводородных ресурсов», Территориального инновационного кластера «Информационные технологии и электроника Томской области», Территориального инновационного промышленного кластера Томской области «Твердотельная электроника СВЧ».

Около четверти научных работников института вовлечены в преподавательскую деятельность.

Институтом сильноточной электроники СО РАН (совместно с Томским политехническим университетом) организованы и проведены в г. Томске в 2000, 2006, 2012 и 2014 году I—IV Международные конгрессы «Потоки энергии и радиационные эффекты» (EFRE), объединяющие Международный симпозиум по сильноточной электронике, Международную конференцию по модификации материалов пучками частиц и потоками плазмы, и Международную конференцию по радиационной физике и химии неорганических материалов. Конгресс, ставший крупнейшим за всю историю научным мероприятием, проводимым в Томске, каждый раз привлекает в качестве участников сотни ученых, специалистов и представителей промышленности.