Что говорить, велика Россия-матушка: как любовно писал про неё Есенин — «шестая часть земли...»! Однако, когда речь идет о месте проведения крупного международного события, нередко выбор падает на Москву или северную столицу — Санкт-Петербург. Поэтому особенно важно, что один из наиболее авторитетных мировых научных форумов в области вакуумной и плазменной электроники — Международный симпозиум по разряду и электрической изоляции в вакууме (ISDEIV 2012) прошел в Сибири — в Томске. Его главным организатором выступил Институт сильноточной электроники СО РАН.
Полувековая история
История открытия и изучения дугового разряда, или просто дуги, началась более 200 лет назад с работ великого русского физика Василия Петрова. В ХХ веке это физическое явление оказало колоссальное влияние на формирование самых актуальных направлений мировой науки и техники. Совершенно особым временем стала вторая половина века — уже в первые послевоенные десятилетия исследования процессов дугообразования и токопрохождения в вакууме начали активно проводиться в наиболее развитых странах Европы, а также в СССР, США, Японии.
Точкой отсчёта в истории ISDEIV стал 1964 год. Тогда в Соединённых Штатах прошёл первый национальный конгресс специалистов, занимающихся исследованием пробоя в вакууме. Второй конгресс, состоявшийся через два года, тоже имел национальный статус, но привлёк к себе внимание европейских учёных. И следующий, третий по счёту симпозиум уже имел международный статус.
Томск в те годы был «закрытым» городом, поэтому можно себе представить, с какими трудностями был связан выезд учёных за рубеж. Невзирая на все бюрократические сложности, томичи одними из первых в СССР стали участниками этого третьего симпозиума.
— Российскую науку на нём представляли будущие академики РАН Геннадий Андреевич Месяц и Сергей Петрович Бугаев. Их выступления на симпозиуме стали настоящей сенсацией! В середине 60-х Г. А. Месяцу со своими сотрудниками удалось доказать механизм электрического пробоя в вакууме. Его даже удалось запечатлеть специальной фототехникой с экспозицией одна миллиардная доля секунды! Явление, получившее название взрывной электронной эмиссии, было признано научным открытием, на базе которого возникло новое научное направление — сильноточная эмиссионная электроника, — рассказывает профессор Дмитрий Ильич Проскуровский.
С тех пор учёные из Института сильноточной электроники СО РАН — активные участники симпозиума, который в разные годы проводился во Франции, Польше, Великобритании, Нидерландах, Германии, Израиле, Китае, Японии, Румынии и других странах. В России до настоящего времени ISDEIV проводился всего лишь дважды. В 1976 году он состоялся в Новосибирске: тогда Томск всё ещё оставался закрытым городом, и можно было лишь мечтать о том, чтобы принять здесь иностранных коллег. В 1992 году симпозиум проводится на круизном лайнере, который проделал путь из Москвы в Санкт-Петербург.
Одной из традиций симпозиума является присуждение нескольких премий. Наиболее престижной является премия им. Дайка, которая присуждается за выдающийся вклад в развитие физики и техники электрического разряда и электрической изоляции в вакууме. Учёные, связанные с Институтом сильноточной электроники СО РАН, становились лауреатами этих премий дважды. В 1990 году Дайковская премия была присуждена академику Г. А. Месяцу, а в 2008 году — профессору Д. И. Проскуровскому. Премия им. Чаттертона, призванная отметить перспективных молодых учёных, также дважды присуждалась сотрудникам ИСЭ СО РАН — Г. Ю. Юшкову (2000 г.) и С. А. Попову (2002 г.).
И вот спустя 36 лет Сибирь, Томск, Институт сильноточной электроники СО РАН принимают Международный симпозиум по разряду и электрической изоляции в вакууме.
— Выбор Томска как места проведения симпозиума во многом обусловлен признанием передовых позиций отечественной науки и томского научно-образовательного комплекса. В Томске на протяжении многих десятилетий ведутся передовые исследования в области высоковольтной сильноточной импульсной электроники. Эти исследования ведут свое начало со времен выдающихся томских учёных и организаторов науки А. А. Воробьёва и Г. А. Месяца. Именно работы томичей определили развитие отечественной и мировой науки в данной области. И сегодня Институт сильноточной электроники СО РАН, организатором и первым директором которого стал Г. А. Месяц, является одним из признанных мировых лидеров. Здесь на протяжении многих лет успешно ведутся исследования фундаментальных и прикладных аспектов вакуумного дугового разряда. Ведущие лаборатории мира оснащены уникальным оборудованием, созданным учёными нашего института, промышленные предприятия США, Великобритании, Франции, Китая, Японии проявляют большой интерес к нашим разработкам. Поэтому не случайно, что мы принимаем у себя этот престижный научный форум — это заслуженное признание, — отметил директор Института сильноточной электроники СО РАН, председатель Президиума Томского научного центра чл.-корр. РАН Н. А. Ратахин.
Новый век — новые требования
С тематикой симпозиума тесно связаны результаты исследований трёх лабораторий ИСЭ: лаборатории вакуумной электроники, лаборатории плазменных источников и лаборатории плазменной эмиссионной электроники. При всей разной направленности исследований есть то, что их объединяет — это уникальность разработок и новизна результатов.
Новый век — новые требования к науке и технологиям. XX и XXI века стали временем особенным: они ознаменовались стремительным ростом числа городов-миллионеров. Если в самом начале 1900 г. таковых в мире было около 20, то в 2010 г. — уже 511, а к 2025 г. станет примерно 650. Столь крупные территории должны обслуживаться качественно новыми, высококлассными коммуникациями, способными быстро среагировать на любую непредвиденную ситуацию. Это особенно актуально, когда речь идет о снабжении электричеством (думается, многие помнят о тех ЧС, когда из-за крупной аварии была парализована жизнь такого мегаполиса, как Нью-Йорк).
В лаборатории вакуумной электроники, которую сейчас возглавляет к.ф.-м.н. А. В. Батраков, совместно с французской компанией «Шнейдер электрик» и международной компанией «Таврида электрик» ведутся работы по созданию вакуумных выключателей, способных мгновенно выключить ток на электроподстанции. В отличие от масляных выключателей, которые сейчас ещё применяются, они дешевле по себестоимости, не являются пожароопасными, не нуждаются в промывании после определённого рабочего цикла и легко утилизируются. В настоящее время проводятся экспериментальные работы по созданию вакуумного выключателя с чрезвычайно высокими изоляционными параметрами, исключающими возникновение обратных пробоев.
Специалистами лаборатории ведутся исследования, связанные с подготовкой материалов нового поколения, обладающих исключительными свойствами. Сегодня мировая промышленность испытывает огромную потребность в таких технологиях. Так, импульсная пучковая установка формирует поверхность различных сплавов, с её помощью повышается стойкость покрытий. Область применения этой установки очень велика — от медицины до машиностроения.
Стоит отметить, что по лицензии ИСЭ СО РАН в Японии выпущено более ста приборов для электронно-пучковой полировки изделий.
Лаборатория плазменных источников под руководством д.т.н. Е. М. Окса специализируется на исследовании фундаментальных процессов в вакуумном дуговом разряде эмиссионными методами, а также на использовании вакуумной дуги разряда для создания высокоэффективных источников ионных пучков, источников сильноточных импульсных электронных пучков, а также генераторов плазмы. Научным коллективом лаборатории получены важные результаты по измерению ряда фундаментальных параметров плазмы вакуумной дуги, а также предложены и реализованы оригинальные методы и подходы к реализации условий эффективной генерации многозарядных ионов металлов. Лаборатория плазменных источников активно сотрудничает с ведущими научными центрами США и Европы.
В лаборатории плазменной эмиссионной электроники, которую возглавляет д.т.н. Н. Н. Коваль, на основе вакуумной дуги разрабатываются новые плазменные источники заряженных частиц, ведутся исследования по воздействию плазмы и концентрированных потоков электронов на поверхность материалов, в результате чего значительно улучшаются их физико-химические свойства. Представители компаний из разных стран мира признают очень перспективным метод азотирования деталей в плазме дугового разряда. Обработка материалов микросекундными сильноточными электронными пучками может быть внедрена в технологические циклы создания различных механизмов, работающих в условиях повышенных нагрузок и в агрессивных средах. Учёными создан целый ряд уникальных электронно-ионно-плазменных технологических установок, которые превосходят мировые аналоги. Лаборатория плазменной эмиссионной электроники активно сотрудничает с японскими компаниями.
Счастье — чувствовать себя частью сообщества
Симпозиум начал свою работу 3 сентября и продлился всю первую неделю месяца. Участие в этом авторитетном форуме приняли ведущие российские учёные и более 130 их коллег из 19 стран (США, Германия, Франция, Голландия, Израиль, Япония, Корея, Индия, Китай и др.).
Пленарное заседание — открытие симпозиума вёл председатель постоянного Международного научного комитета ISDEIV д-р Андре Андерс (Лаборатория им. Лоуренса, г. Беркли, США). С приветственным словом выступил Н. А. Ратахин. Весьма символично то, что нынешний лауреат Дайковской премии Дитер Кеник (Германия), член международного научного комитета, выступил с пленарным докладом, посвящённым роли и эволюции вакуумных технологий.
На протяжении всех пяти дней на различных секциях, панельных дискуссиях были представлены новейшие результаты исследований фундаментальных процессов в вакуумном дуговом разряде, состоялось обсуждение научно-технических проблем функционирования сильноточных вакуумных коммутаторов, источников заряженных частиц, генераторов плазмы и других устройств на основе разряда такого типа.
5 сентября прошло награждение лауреатов премии им. Дайка и им. Чаттерона. Получение этих премий — высокое признание результатов исследований со стороны коллег, а это дорогого стоит!
По мнению д-ра Андерса, симпозиум — это прекрасная возможность интернационального общения, своеобразное погружение в новейшие исследования и, что принципиально важно, счастье чувствовать себя частью этого сообщества.
О науке и о Томске
О пребывании в Томске, о его месте на научной карте мира, о роли симпозиума и о новых технологиях корреспонденту «НВС» удалось побеседовать с наиболее авторитетными мировыми учёными.
— Думаю, вполне логично, что именно ваш город стал местом проведения симпозиума с почти полувековой историей. В течение многих лет Томск был и остается одним из наиболее ярких научных центров, представляющих достижения советской, а потом и российской науки. В США известны разработки томских учёных, они применяются в области плазменной физики, электроники, — отметил д-р Андре Андерс.
Профессор Рене Смит (Нидерланды), член постоянного Международного научного комитета) является авторитетным специалистом в области тестирования и сертификации прерывателей цепи, предотвращающих риск возникновения короткого замыкания.
— Европа до сих пор испытывает последствия мирового экономического кризиса, что в значительной мере отразилось на нашей деятельности. Специфика европейских стран такова, что в финансировании исследований пальма первенства остается за той тематикой, которая имеет перспективы быстрого внедрения на рынке. Для нас очень значимо то, что Россия — признанный лидер именно в сфере фундаментальных исследований. Я уже давно контактирую с учёными из Санкт-Петербурга. Участие в этом симпозиуме позволило мне познакомиться с достижениями томских коллег в области вакуумных переключателей, — говорит он.
Рассказывает профессор Раймонд Боксман, лауреат Дайковской премии 2000 года:
— Одним из главных направлений деятельности лаборатории электрических разрядов и плазмы Тель-Авивского университета, в которой я работаю, является получение плазмы и её применение в повседневной жизни. Большое внимание уделяется созданию материалов нового поколения — покрытий, обладающих высочайшей прочностью. Эта технология нашла свое применение при производстве инструментов, предназначенных для бурения.
Большие перспективы для нас имеет такой материал, как нитрат титана. Важно отметить, что процесс его получения был разработан в Советском Союзе. И это не единственная нить, связывающая нас с Россией. В настоящее время в научных лабораториях Израиля работают выходцы из России и Украины. Правительство Израиля учредило специальную программу, поощряющую ведение совместных исследований с вашими соотечественниками, — продолжил профессор Р. Боксман. — Для нас очень важно поддерживать контакты с ведущими мировыми центрами, специализирующимися на исследованиях вакуумной дуги: томский Институт сильноточной электроники — в их числе.
Эйджи Конеко (Япония) отметил, что именно Россия является одним из пионеров в области вакуумной и плазменной физики и электроники. Ведение исследований и достижение серьезных фундаментальных результатов по этим направлениям сопряжено со значительными финансовыми затратами.
— Японские учёные тесно сотрудничают с ИСЭ СО РАН на протяжении последних 10 лет. К сожалению, в советское время такой возможности не было. Очень радует, что за последние годы появилось много новых возможностей для общения специалистов из разных стран, — отметил учёный из Страны Восходящего Солнца.
Что объединяет Королёва и Форда?
Одной из замечательных традиций симпозиума является проведение выставки передовых технологий и разработок.
— Для России это уникальное явление, когда на одной площадке собираются и учёные, и видные промышленники, — отметил Алексей Борисович Марков, директор компании «Микросплав». — Это открывает качественно новые возможности — увидеть, как результаты фундаментальных исследований могут быть внедрены на рынке.
Поэтому в международном научном форуме на протяжении многих лет принимают активное участие представители таких всемирно известных компаний, как Siemens AG, Toshiba Corporation, ABB AG, Schneider Electric, Plansee SE, «Таврида Электрик». Toshiba Corporation спонсирует вручение самой престижной премии симпозиума — Дайковской премии, Schneider Electric и Таврида Электрик ведут совместные исследования с ведущими мировыми научными центрами, в том числе и с Институтом сильноточной электроники.
Корреспонденту «Науки в Сибири» удалось пообщаться с Алексеем Михайловичем Чалым, генеральным директором международной компании «Таврида Электрик», имеющей свои филиалы в Америке, Европе, Азии и Австралии, членом научного комитета симпозиума с 1996 года. С помощью аппаратуры, разработанной «Таврида Электрик», освещаются египетские пирамиды, она использовалась и для олимпийских объектов в Ванкувере.
— Мы постоянно работаем с Институтом сильноточной электроники по направлениям, связанным с разработкой вакуумных камер. Для успешного развития инновационной компании важно производить продукты, не имеющие аналогов в мире. Невозможно достичь этого без фундаментальной науки. Важно быть увлеченным своими делом, ставить перед собой сверхзадачу и быть готовым посвятить ей свою жизнь. Что объединяет Королёва, основоположника ракетостроения, и Форда, крупнейшего промышленника? И тот, и другой хотели сделать то, что никому ранее не удавалось, — отметил А. М. Чалый.
Николай Александрович Ратахин, директор ИСЭ СО РАН, председатель Президиума ТНЦ СО РАН предложил очень интересное сравнение, характеризующее путь от появления разработки до её промышленного внедрения: 1 — это стоимость разработки, 10 — затраты на создание опытного образца, а 100 — это уже этап внедрения. Таким образом, выстраивается целая цепочка от единицы до сотни, и не всегда учёный может совмещать в себе черты исследователя и бизнесмена, чтобы успешно пройти весь этот путь. Очень значимо, что начинает формироваться некая среда, заинтересованная в совместной работе по созданию инновационного продукта.
P.S. По итогам симпозиума опубликован сборник трудов. Выход каждого такого издания становится заметным явлением среди учёных и специалистов, занимающихся вакуумной и плазменной физикой и электроникой. По праву можно сказать, что прошедший международный форум стал своего рода презентацией томской академической науки. Иностранные гости очень высоко оценили уровень симпозиума. Например, председатель постоянного Международного научного комитета ISDEIV д-р Андре Андрес назвал его одним из самых запоминающихся и ярких. Думается, что Томск может рассчитывать на то, что через какое-то время вновь принять симпозиум у себя.
О. Булгакова, г. Томск