Томский Перельман

Не ради славы, не ради забавы, наука существует для более тонких вещей. Борис Михайлович Ковальчук не любил говорит о ней. Академик, лауреат Государственной премии СССР, лауреат Государственной премии Российской Федерации ушёл в вечность.

Борис Михайлович родился в Магнитогорске Челябинской области. После окончания в 1962 году электроэнергетического факультета Томского политехнического института работал инженером и начальником лаборатории НИИ ядерной физики ТПИ. Затем поступил в аспирантуру, защитил кандидатскую диссертацию и с 1970 года заведовал лабораторией наносекундной техники в Институте оптики атмосферы Сибирского отделения РАН.

 В 1970-е годы с участием Б. М. Ковальчука были заложены основы нового, стратегически важного для страны научного направления — физики и техники генерирования мощных электрических импульсов. При его участии созданы первый отечественный сильноточный ускоритель электронов, первые отечественные сверхмощные газовые лазеры, первый импульсный генератор с индуктивным накопителем энергии и плазменным прерывателем тока. Среди осуществленных им проектов — импульсный генератор ГИТ-12, включенный в перечень уникальных исследовательских установок России.

Во многом благодаря усилиям Ковальчука Россия является сегодня мировым лидером в области импульсной энергетики. В течение последних пяти лет академик Ковальчук и его сотрудники занимались совершенствованием элементной базы мощной импульсной техники. Созданы многокулонные газоразрядные импульсные коммутаторы с высоким ресурсом, обеспечивающие включение конденсаторных батарей с мегаджоульным энергозапасом.

       На их основе созданы модули источников питания для мощных импульсных твердотельных лазеров, предназначенных для использования в системе лазерного термоядерного синтеза. Б. М. Ковальчуком разработана концепция построения сверхмощных импульсных генераторов на основе линейного трансформатора, позволившая радикально увеличить удельный энергозапас генераторов и упростить их создание. Эта концепция рассматривается в качестве базы для построения мультитераваттного генератора нового поколения, благодаря чему появляется перспектива реализации инерциального термоядерного синтеза на основе Z-пинча.

В 1963 - 1964 гг. группа ученых вместе с Ковальчуком стала активно работать в области создания импульсной техники для модуляции добротности мощных рубиновых лазеров. Прошло несколько месяцев от постановки задачи до того, как были созданы первые генераторы. Это вывело на сотрудничество в первом плане с лабораториями академиков Басова, Прохорова, Хохлова, Девяткова и других.

Большая и важная работа была проделана Борис Михайловичем с академиком Басовым, когда были только что созданы первые полупроводниковые инжекционные лазеры, которые работали в среде жидкого азота, потому что сильно нагревались и их нужно было охлаждать. Для того, чтобы они не нагревались, нужно было сделать очень короткие импульсы. Это положило основу создания первых пикосекундных импульсных генераторов. Они работали в частном режиме до килогерц. При конструировании установок зародилась идея создания лавинных коммутаторов, идея использования очень интенсивной ионизации и очень сильного ультрафиолетового излучения с поверхностного разряда по керамике.

Ряд идей, обсуждаемых в неформальной обстановке, в дальнейшем имел мировое признание и развитие. Рождались эти идеи очень неожиданно. По воспоминаниям Г.А. Месяца, таким образом возникла идея объемного разряда, без которой в последующем невозможно было развитие всей мощной лазерной техники. С Ковальчуком обсуждалась проблема запуска сильноточного ускорителя в нужный момент времени, что при 500 киловольт напряжения было трудно сделать. Борис Михайлович задал вопрос, что нужно сделать, чтобы запустить генератор. Г.А. Месяц ответил, что нужно много электронов в газовом промежутке. После этого Ковальчук внес предложение о впрыскивании электронов в газ. Эта идея была приемлемой, была реализована и оказалась очень плодотворной. В последующем она стала полезной для развития мощной лазерной техники.

Академик Ковальчук сыграл выдающуюся роль в создании сильноточных ускорителей. В экспериментах по в вакуумному разряду стало ясно, что вакуумный разряд – это взрывная электронная эмиссия, а в искровой фазе катод получает большой электронный ток. Этот эффект был использован для создания диодов мощных ускорителей электронов. Из экспериментов С.П. Бугаева стало ясно, что при поверхностном разряде в вакууме, в предпробойной стадии испускается большой электрический ток. Тогда ученые стали обсуждать, каким образом это можно было использовать для создания катодов. Одну из идей, которая оказалась наиболее успешной, подсказал Ковальчук. Он предложил натянуть на диэлектрик сетку, после чего были успешно проведены первые эксперименты и были получены первые катоды для ускорителей. Такой ускоритель был создан в 1967г. с током 10 кА и энергией электронов 500 килоэлектровольт. Это был первый в СССР ускоритель.

В дальнейшем Борис Михайлович стал заниматься быстродействующими коммутаторами. В частности, развитие получила оригинальная идея Г.А. Воробьева по созданию последовательных разрядников. Она стали работать очень стабильно, устойчиво, а главное, была обеспечена параллельная работа из-за малого времени выброса из-за времени срабатывания. Потом Ковальчук занялся созданием энергетики для сверхмощных лазеров. Благодаря его усилиям, были созданы уникальные в то время СО2 лазеры ЛАД-1, ЛАД-2. Лазер ЛАД-2 с энергией излучения 5 килоджоулей длительностью импульса 500 наносекунд в последующем стал использоваться в институте общей физики РАН в Москве.

Одной из наиболее крупных разработок Бориса Михайловича Ковальчука является система питания высокочастотных устройств для релятивистской высокочастотной электроники. Он сделал быстрые генераторы Маркса, обеспечив их параллельную работу. Это – выдающаяся инженерная разработка, т.к. были многоджоулевые системы. В Томске работала эта система на 2 МДж, а в Москве – 4 МДж, и это было при 3-4 миллионах вольт напряжения. Она являлись уникальными установками в мире. Это был секционированный генератор Маркса, все его секции были компактно прижаты друг к другу. Благодаря такой блестящей конструкции система работала очень успешно.

Он также занимался плазменными прерывателями. После того, как они впервые появились, долго обсуждался вопрос, как перейти от плазменных прерывателей, которые преобразовывали импульсы с длительностью в сотни наносекунд, к преобразователям микросекундного тока в ток длительностью в сотни наносекунд. Была использована идея перекачки энергии из генератора Маркса в вакуумную накопительную линию с плазменным прерывателем. Линия служила накопительной индуктивностью. Эта работа оказалась блестящей и вызвала бурный интерес во всем мире, после докладов на конференциях в Японии и США. После этого фактически все крупные установки мира стали делать по этому принципу. Впоследствии Ковальчук продолжил развивать идеи по созданию машин ГИТ-4 и ГИТ-12, которые являлись уникальными во всем мире. На их основе получали мощное мягкое рентгеновское излучение. На этих установках работают ученые США, Франции и других стран. В 1990-х гг., когда стало трудно добыть средства, Борис Михайлович, благодаря своему авторитету, получал много заказов, заключал международные контракты, делал новые уникальные установки. Фактически он продвигает дальше российскую импульсную электрофизику, которая имеет высокие позиции в мире.

С 1981 года по сегодняшний день Ковальчук Борис Михайлович возглавлял отдел импульсной техники ИСЭ СО РАН. Пусть не оскудеет русская земля такими людьми. Ваш вклад в науку оценили потомки.

Источники:

1.http://wiki.tpu.ru/wiki/

2.http://rus-eng.org/