прочитано
#Метрология #качество в лицах

Борис Михайлович Ковальчук – выдающийся специалист и настоящая «рок-звезда» в области мощной импульсной энергетики. Его научный авторитет был безграничен как в России, так и за ее пределами. Ковальчук обладал уникальным даром: из простейших подручных материалов, таких как швейные иголки и кастрюли, ему удавалось создавать устройства с рекордными характеристиками, соответствующими мировым стандартам. Это вызывало восхищение у его институтских коллег, ученых-теоретиков, которые, хотя и удивлялись его находкам, со временем находили научные объяснения этим гениальным идеям. Его работа стала символом того, как креативность и практический подход могут привести к выдающимся результатам в науке.

0 1

Уникальное мышление и международное признание

Борис Михайлович Ковальчук – российский физик, специалист в области мощной импульсной энергетики , создатель ряда сильноточных ускорителей и импульсных энергетических установок национального и мирового масштаба, действительный член Российской Академии Наук (РАН), доктор технических наук. После окончания в 1962 году электроэнергетического факультета (ЭЭФ) Томского Политехнического Института работал инженером и заведующим лабораторией в НИИ Ядерной Физики ТПИ. В 1964 году был приглашен в свою группу будущим академиком, а тогда еще молодым аспирантом Геннадием Месяцем.

Затем Борис поступил в аспирантуру, защитил кандидатскую диссертацию и с 1970 года возглавил Лабораторию Наносекундной Техники (ЛНТ) в Институте Оптики Атмосферы (ИАО) Сибирского Отделения (СО) РАН. В 1977 году лаборатория вошла в состав Института Сильноточной Электроники (ИСЭ) СО РАН, а в 1981 году была реорганизована в Отдел Импульсной Техники (ОИТ) института, которым Б. М. Ковальчук руководил до своей смерти. В 1987 году Борис Михайлович был избран членом-корреспондентом, а в 1992 году – действительным членом РАН .

В 1970-х годах при участии Бориса Ковальчука были заложены основы нового научного направления: физика и техника генерации мощных электрических импульсов. Были созданы первый отечественный сильноточный ускоритель электронов, первые отечественные мощные газовые лазеры, первый импульсный генератор с индуктивным накопителем энергии и плазменным прерывателем тока.


18014_02. Борис Михайлович .png

Среди реализованных Борисом Михайловичем проектов – созданный в Томске импульсный генератор ГИТ-12, на котором отрабатываются новые методы формирования мощных импульсов, а также многоплановые исследования по электродинамическому сжатию (имплозии) плазменных лайнеров или Z-пинчей. Эти работы напрямую связаны с реализацией импульсного термоядерного синтеза.

18014_03. Электрофизический комплекс ГИТ-12открытости — меньше рисков.png

Под руководством Бориса Ковальчука был выполнен цикл работ по созданию многомодульных импульсных генераторов с мультимегаджоульным запасом энергии. Генераторы такого типа позволили создать ускорители электронов с энергосодержанием в электронном пучке до 100 кДж при энергии электронов 3 МэВ и длительности импульса 1 мкс. Им также созданы многокулонные газоразрядные коммутаторы с высоким ресурсом, обеспечивающие работу конденсаторных батарей с мегаджоульным запасом энергии, и на их основе – источники питания для установок лазерного инерциального термоядерного синтеза.

Вклад в создание термоядерных установок

Первая Государственная премия была присуждена Борису Ковальчуку за участие в создании импульсной термоядерной установки «Ангара-5-1», построенной в подмосковном Троицке: ему удалось решить проблему быстрого и точного подключения накопителей энергии установки к нагрузке, разработав управляемые газовые разрядники с напряжением до двух миллионов вольт и током до 300 тысяч ампер, с наносекундной точностью коммутации.

18014_04. Экспериментальный комплекс «Ангара-5-1», .png

Разработка термоядерных импульсных установок ведутся в России, США, Китае и Европе. Большой вклад в эту тематику внес академик Борис Ковальчук. Им была разработана концепция построения мощных импульсных генераторов на основе линейного трансформатора, что позволило радикально повысить удельный энергозапас генераторов и упростить их создание. Эта концепция получила название Linear Transformer Driver (LTD), а первые «медленные» ступени LTD были разработаны в 1995-1997 гг. Борисом Михайловичем.

Это были ступени с двумя накопительными конденсаторами марки HAEFELY (90 кВ, 3.95 мкФ, 1 нГн, 13 мОм), емкость которых 3.95 мкФ определяла их выходную длительность импульса ~1 мкс. На основе разработанных им ступеней во Франции был создан тераваттный импульсный генератор SPHYNX, который используется в научных исследованиях

18014_05. «Медленная LTD-ступень» Бориса Ковальчука .png

Неспособность существующих технологий производить мощные драйверы для концепции инерциального удержания термоядерного синтеза и привлекательная конструкция «медленной ступени LTD» побудили Диллона Макдэниела из Sandia National Laboratories (SNL, США) обратиться к команде Отдела Импульсной Техники ИСЭ в конце 1990-х годов, чтобы рассмотреть возможность использования таких ступеней для исследований Z-пинча. В результате в 1998 году была организована совместная работа CEG-ИСЕ-SNL. Это сотрудничество имело большое значение для решения задачи разработки нового типа концепции инерциального удержания термоядерного синтеза. В ходе этого сотрудничества Александр Ким сообщил о возможности создания гораздо более быстрого, 100-нс, выходного импульса в ступени LTD без использования промежуточных систем сжатия импульсов.

Таким образом, медленные (микросекундные) LTD-ступени Бориса Ковальчука стали первым решающим шагом на пути к разработке этой новой технологии

Разработанные под руководством Бориса Михайловича прототипы сильноточных разрядников и мегаджоульных накопителей энергии были использованы при создании большой лазерной исследовательской установки для инерциального термоядерного синтеза Laser Mégajoule (LMJ, недалеко от Бордо, Франция, построенной французским управлением ядерной науки Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA)). Б. М. Ковальчук и его коллеги из Отдела Импульсной Техники разработали многокулонный газонаполненный коммутатор, работающий при атмосферном давлении для конденсаторных модулей лазерной установки LMJ. В окончательной конфигурации LMJ одновременно будут работать 480 модулей конденсаторной батареи. Большое количество модулей в установке LMJ накладывает жесткие требования на параметры коммутационной системы.

18014_06. Модуль, состоящий из резонаторов с медленными LTD и накопительными конденсаторами марки HAEFELY.png

Искры и лазеры

В 2000-х гг. Борис Михайлович получил заказ от лаборатории SNL на разработку разрядника HYBRID для использования на выходе промежуточных емкостных накопителей при напряжениях до 6 миллионов вольт. Разработанные коммутаторы обеспечили более низкую индуктивность и, следовательно, более быструю коммутацию, а также более длительный срок службы за счет устранения одноканальной коммутации, которая использовалась ранее в коммутаторе Sandia. Сильноточные искровые разрядники всегда были сильной стороной Бориса Михайловича.

В 2011 году в Институте Сильноточной Электроники был запущен в эксплуатацию сверхмощный фемтосекундный лазерный комплекс THL-100. Выходной усилитель этой установки работает на газовой активной среде и по принципу построения не имеет аналогов в мире. Сильноточная основа лазера – ускоритель электронов на основе линейного импульсного трансформатора – создана под руководством академика Ковальчука. Установка вырабатывает импульсы излучения в видимой части спектра с рекордной мощностью более 20 ТВт. Установка готовится к фундаментальным исследованиям воздействия экстремальных световых полей на вещество.

18014_07. Эксимерные лазерные системы THL-100 в диапазоне энергий от 0.01 до 500 Дж, с длительностью импул.png

Результаты, которые можно смело назвать прорывными, были получены в 2013-2014 годах на Томской установке ГИТ-12 при исследовании нейтронных потоков, создаваемых импульсным сжатием дейтериевых лайнеров. Получен выход более 3∙10^12 нейтронов за импульс и, что не менее важно, показано, что теоретическая зависимость выхода нейтронов, пропорциональная четвертой степени пикового тока имплозии, реализуется при токах более 2 мегаампер. Эта зависимость дает основания надеяться, что реализация критического эксперимента в термоядерной реакции дейтерий-тритий возможна при токе 40 МА, что примерно вдвое меньше, чем считалось ранее и доступно для нового поколения импульсных генераторов.

Слова коллег о Борисе Ковальчуке

По словам бывшего директора ИСЭ, члена-корреспондента РАН Николая Ратахина, «иностранцы доверяют академику Ковальчуку те работы, которые не в состоянии выполнить сами. За блестящими разработками Бориса Михайловича стоит огромный труд. Он непревзойденный инженер, который прекрасно разбирается в схемах и доводит их до совершенства, «шлифуя» казалось бы несущественные детали, что в итоге приводит к исключительному результату».

Андрей Жерлицын, кандидат технических наук, нынешний заведующий Отделом Импульсной Техники института, отметил, что «слово «первый» применимо практически ко всему, что сделал в науке академик Ковальчук. Сегодня Россия уверенно занимает лидирующие позиции в импульсной энергетике в мире: хотя самые амбициозные проекты по созданию сверхмощных импульсных приборов наиболее успешно продвигаются за пределами России, но именно в Томске, в офисе академика Бориса Ковальчука, рождаются идеи и предложения, к которым с высочайшим вниманием прислушиваются по обе стороны Атлантики. Международный авторитет томского ученого настолько высок, что ни один из крупнейших в мире проектов по созданию импульсных генераторов не обходится без его непосредственного участия и консультаций. На идеях Бориса Михайловича основано новое, оригинальное и перспективное направление, которое сегодня активно развивается не только в ИСЭ, но и в ряде зарубежных стран, – технология создания импульсных генераторов по схеме линейных трансформаторов. Эта технология рассматривается как один из перспективных подходов к созданию импульсных генераторов нового поколения с уровнями мощности и тока, значительно превышающими ГИТ-12. Вклад Ковальчука в отрасль фундаментален, а его разработки являются пионерскими».

По словам Владимира А. Кокшенева, старшего научного сотрудника ИСЭ, ответственного за работу по импульсной технике на том же объекте ГИТ-12, долгие годы проработавшего рядом с Б. М. Ковальчуком, «все его творения – это совершенство и простота, основанные на тонком знании законов природы, физики и техники. Возможно, некоторые из них еще не сформулированы, но Борис Михайлович интуитивно их чувствовал. Обладая талантом и огромным опытом, он был по натуре трудоголиком. Он вынашивал свои планы, тщательно продумывал детали. Он работал за столом и за чертежной доской. Регулярно посещал цех опытного производства, стоял у станка, часто принимая новые конструкторские решения прямо во время изготовления деталей. Он был человеком дела, самобытность его таланта отчетливо видна в его оригинальных творениях. У Бориса Михайловича было то, что, как мне кажется, присуще настоящему русскому интеллигенту: он ценил мнение о себе в профессиональном сообществе выше официальных званий, наград и должностей. Его кабинет был прост до аскетизма, главным была работа. Многие идеи Бориса Михайловича нашли воплощение в современной элементной базе мощной импульсной техники и сегодня используются в уникальных действующих установках, созданных в различных лабораториях мира, в том числе и для исследований по инерциальному термоядерному синтезу. Борис Михайлович был признанным лидером мировой электрофизики, пользовавшимся непререкаемым авторитетом среди зарубежных ученых. Этот авторитет сохраняется за его именем и сегодня. Созданные под его руководством уникальные установки успешно работают в Китае, Франции, США, Израиле и других странах мира. В 90-е годы, когда финансирование российской науки было сведено к минимуму, авторитет Б. М. Ковальчука позволил Институту Сильноточной Электроники получать крупные заказы по международным контрактам, что позволило коллективу выжить».


Академик Геннадий Месяц, давний друг и соратник Б. М. Ковальчука (оба стояли у истоков нового направления в физике, создали в Томске Институт Сильноточной Электроники, вместе они первыми получили премию Ленинского Комсомола, а затем оба были удостоены Демидовской Премии), говорит о нем: «Боря Ковальчук в нашей профессии делает то, что невозможно объяснить обычными понятиями. Из простых и понятных вещей он делает совершенно фантастические с точки зрения техники и научных целей, для которых все это предназначено. Едва окончив институт, он сделал генератор наносекундных импульсов, в котором корпусом коллектора была обычная кастрюля. Затем первый в мире пикосекундный сильноточный ускоритель, сверхмощный газовый лазер и многое другое. Однажды под Москвой мы запускали самый мощный на то время генератор – четыре мегаджоуля и четыре миллиона вольт напряжения – гигантскую конструкцию. И что-то пошло не так: прибор не включился. Дальше Боря, никого не смущаясь, разделся до нижнего белья, залез головой в бак с трансформаторным маслом, нырнул, что-то поправил, и все заработало! Хоть он был уже не мальчик и со всеми регалиями, но за эту машину он отвечал».

Борис Ковальчук являлся одним из ведущих специалистов в области мощной импульсной энергетики, который существенно расширил горизонты этой науки. Его работы не только позволили глубже понять физику процессов с высокими плотностями энергии, но и привели к созданию решений, которые кардинально изменили подходы к проектированию и эксплуатации энергетических установок. На основе его исследований были разработаны методы, которые эффективно решают задачи в самых разных областях: от промышленности до энергетических технологий.

Применение его идей позволило разработать новые технические решения, которые сейчас активно внедряются в различные отрасли. Борис Ковальчук сумел соединить исследования с практическим внедрением, что сделало его работы не просто научными достижениями, а важнейшими элементами современной мощной импульсной инженерии. Методики, предложенные им, используются по сей день, становясь основой для множества новых технологий, продолжая оказывать влияние на развитие высоковольтных и импульсных систем.