Внутри и вне пространственного заряда

Часть I. Симпозиум

Недавно в западной научной периодике была опубликована одна показательная цифра: 73 процента зарегистрированных за прошлый год в США открытий в той или иной мере базировались на новейших результатах фундаментальных исследований.

Открываем не только новые элементы, но и новые конференции

Почти всю рабочую неделю, начиная с 15 февраля, шли в ДМС заседания международного симпозиума "Эффекты пространственного заряда при формировании интенсивных пучков низких энергий" (SCHEF-99). Среди полусотни его участников - представители научных центров, исследовательских институтов, лабораторий, университетов, промышленных объединений из многих российских (Москвы, Дубны, Фрязино, Новосибирска, Сарова, Томска) и европейских (Дармштадта, Франкфурта-на-Майне, Стокгольма) городов. Проблематика симпозиума - как это сравнительно редко бывает - находится в области тесного переплетения интересов фундаментальной, прикладной науки и промышленной практики, когда одни и те же вопросы представляются актуальными для очень широкого круга специалистов. Настолько широкого, что за много десятков лет существования самой проблемы пространственного заряда и виртуального катода лишь несколько месяцев назад появилась (и удивительным по нашим временам образом осуществилась) идея общей дискуссии всех этих специалистов: симпозиум проводился впервые.

Сегодняшний рассказ о проблеме формирования интенсивных пучков с высоким пространственным зарядом, о тех учреждениях и людях, которые ее решают, мы составили для вас из нескольких интервью участников SCHEF-99.

Немного о предмете обсуждения

Уже после завершения симпозиума в беседе с членом-корреспондентом РАН И. Н. Мешковым мне стали известны интереснейшие факты: знаменитый в среде специалистов закон "трех вторых" Чайлда - Ленгмюра был открыт в 1923 году, а задача виртуального катода сформулирована в тот же период нашими соотечественниками В. И. Павловым и В. Р. Бурсианом.

И. В. Алямовский (НПО "Титан", Москва): Проблема пространственного заряда существует очень давно, со времен зарождения электроники. В З0-х годах, когда создавались приемно-усилительные лампы, эта проблема встала уже в полный рост. Потом в действие вступили другие факторы, которые надо было также учитывать: возможности создания магнитных систем, возможности получения больших мощностей, вопросы создания разных приборов. И сейчас к проблеме пространственного заряда и виртуального катода вернулись уже на новом "витке", потому что к ней обратились новые слои физиков, связанные с ускорительной техникой и многими смежными областями исследований и применений - диалектический круг замкнулся.

Е. М. Сыресин (ЛЯП ОИЯИ, Дубна): Идея проведения SCHEF-99 родилась у нас недавно: когда И. Н. Мешков и Е. Д. Донец вернулись с Европейской ускорительной конференции, где традиционно среди участников много представителей самых разных направлений. А тема пространственного заряда, на первый взгляд узко-специальная, имеет выход в множество областей: это и электронное охлаждение, и электронные пучки, и накопительные кольца, и ионные источники, и СВЧ-приборы, и многое другое. Направления разные, но физическая природа явления одна и та же, эффекты очень близкие - поэтому так интересно было общаться на этом небольшом "воркшопе" и сотрудникам почти всех наших лабораторий ( ЛЯП, ЛЯР, ЛВЭ, ЛСВЭ), и специалистам ВНИИЭФ, ВЭИ, ИЯФ им. Будкера, НПО "Титан", ГНИП "Исток"...

Обсуждаемое явление интересное, но сложное: если мы пытаемся сформировать и транспортировать очень интенсивный электронный или ионный пучок с большим пространственным зарядом, то этот пространственный заряд оказывает настолько сильное влияние, что частицы пучка начинают замедляться, останавливаться и даже двигаться обратно, отразившись от некоего виртуального катода. В некоторых случаях система становится неустойчивой, частицы начинают колебаться в области виртуального катода и возникает очень мощное СВЧ-излучение. Для одних областей применения виртуальный катод - отрицательное явление, которое надо преодолевать, для других - желаемый эффект, которого стремятся достигнуть. Так что к исследованию этого явления разные специалисты подходят с разных позиций - пересечение их в рамках одного совещания оказалось довольно продуктивным.

"Как здорово, что все мы здесь сегодня собрались..."

А. Е. Дубинов (ВНИИЭФ, Саров): Чтобы поддерживать себя в форме, я считаю, необходимо 2 - 3 раза в год выступать с докладами на конференциях. В Дубне первый раз побывал в 95-м году, это - второй приезд. На симпозиуме я представил в общей сложности (вместе с коллективными) пять докладов - это большая нагрузка. Но вместе с тем все, что удалось здесь услышать, для меня очень интересно, и я считаю удачей то, что попал сюда. Правда, среди участников я не увидел, к моему сожалению некоторых коллег из нескольких научных центров России и Украины, возможно, все объясняется финансовыми обстоятельствами.

В. И. Переводчиков (ВЭИ, Москва): Симпозиум привлекателен тем, что здесь удалось собрать для обсуждения очень узкой проблемы - эффектов в пучках с мощным пространственным зарядом - представителей нескольких научных направлений, а также промышленников. Разговор столь разных специалистов, решающих проблему с различных точек зрения, получился очень интересным.

Г. И. Кузнецов (ИЯФ им. Г.И. Будкера, Новосибирск): Для меня были почти новостью доклады коллег из Сарова, потому что когда-то очень давно мы коснулись темы виркаторов, но не увидели в них ничего для себя интересного. Виркатор - это почти триод с "прозрачной" сеткой Если к нему приложить продольное поле, то очень мощный "взрывной" пучок может пройти через сетку, отражаясь с одной стороны от катода, с другой - от виртуального катода, в результате генерируется широкополосный спектр колебаний в интересных диапазонах.. Я не думал, что виркаторы могут развиться в многоемкие установки с очень широкополосными характеристиками - для меня это было почти новостью. Кроме того, хотел бы отметить очень интересный обзор И. Н. Мешкова (ОИЯИ) по нестабильностям в пучке, доклад О. К. Култашева ("Исток", Фрязино) по иридий-цезиевым катодам, а также сообщение М. А. Тиунова (ИЯФ, Новосибирск) - ему удалось сделать очень привлекательную и простую в обращении программу расчета пучков.

И. В. Алямовский: Доклад, который я представил на симпозиуме, был посвящен очень специальному вопросу - объемному заряду в сгустках, который "работает" в СВЧ-приборах, там есть ряд интересных эффектов, которые удалось посчитать. Вообще же, заключительная дискуссия показала, что, к сожалению, проблему виртуального катода так и не удалось решить.

Е. М. Сыресин: У меня на симпозиуме было три доклада, один из них - по проблеме виртуального катода в системе электронного охлаждения, Очень интересные работы по исследованию данной проблемы проводит в ЛВЭ профессор Е. Д. Донец. Им предложена и реализована модификацияэлектронно-лучевого ионного источника с осциллирующими электронами, для которого эффекты пространственного заряда и виртуального катода играют ключевую роль. И мне было очень приятно сотрудничать с Е. Д. Донцом и Е. Е. Донцом при проведении теоретических расчетов в этом направлении исследований.

Что касается проблем виртуального катода, профессор Алямовский прав: адекватного описания этого явления на сегодняшний день нет. Есть достаточно хорошие компьютерные расчеты, но для их проведения требуются достаточно мощные компьютеры. Мы в ОИЯИ в последнее время получили возможность пользоваться суперкомпьютерным центром для решения такого рода задач.

Привлекательны работы последних лет наших коллег из Сарова, Томска, Новосибирска, интересны результаты, полученные академиком А. Н. Диденко в МИФИ, - мы надеемся, после этого симпозиума наши контакты станут более тесными. Сейчас возникла идея провести через два года в Инсбруке (Швеция) следующее совещание на эту же тему. Направление это довольно бурно развивается, и я надеюсь, к тому времени появятся весомые результаты, которые мы сможем предъявить "классикам" в области изучения проблемы пространственного заряда.

Часть II. Города. Институты. Люди.

"У нас в России существуют чудом сохранившиеся центры, которые еще занимаются решением актуальных научно-технических проблем" (Е.М. Сыресин).

Дубна и Саров во многом похожи

А. Е. Дубинов: Между Саровом и Дубной я не увидел большой разницы: в темпе жизни, в организации работы, в обеспечении и ценах. Но есть фактор, который выделяет наш город - это закрытое территориальное образование, где есть свои трудности с предпринимательством (непросто ввезти товары, организовать обращение), с трудоустройством: в городе два крупных предприятия и если не хочешь терять квалификацию, уходить с них просто некуда.

Что касается ВННИЭФ - ситуация в стране, конечно, накладыввает свой отпечаток (задержки финансирования, поставок материалов и оборудования и т.п.), но мы не распались и нет массового оттока в зарубежные центры, хотя приглашения оттуда есть. Сейчас ВННИЭФ более открыт для международной научной деятельности, мы сотрудничаем со многими центрами Америки и Европы, выполняем современные работы. Это положительный фактор не только в смысле финансовой поддержки, но и в смысле сохранения научной и экспериментаторской школы. В основном нам удается решать и проблему пополнения молодыми специалистами: филиал МИФИ, который много лет у нас работал, получил статус Саровского физико-технического института. Выпускающие кафедры СФТИ приписаны к подразделениям ВНИИЭФ, наши сотрудники читают здесь лекции по специализированным курсам. Я преподаю на кафедре экспериментальной физики, и надо сказать, за последние четыре года все выпускники ее пришли работать к нам в институт. Отличительные черты нашего образовательного процесса: ранняя (со 2-го курса) специализация и более чем индивидуальное обучение - в группах преподавателей больше, чем студентов. В последние несколько лет появились и нефизические специальности - экономические, юридические. Для тех, кто все-таки идет в физику, открыты уже в студенчестве возможности публикаций, участия в международных конференциях, работы в проектах по грантам или договорам...

Конечно, свои трудности у нас есть, но я родился в Сарове, люблю свой город и уезжать никуда не собираюсь.

В некоторых вопросах мы всех опережаем

В. И Переводчиков: Инженерный центр силовой электроники, в котором я работаю, входит в состав Всероссийского электротехнического института. Мы сейчас интенсивно разрабатываем вопросы очень мощных СВЧ-генераторов на основе пучково-плазменного взаимодействия (ППВ). Эту проблему нам удалось решить, опережая другие страны, в том числе США, где вопросами ППВ занимаются многие центры. И мы не только решили принципиальные научные вопросы, но и построили прибор с параметрами, существенно лучшими, чем в аналогичных у других разработчиков. Сейчас получаем много приглашений на международные конференции, где вопросы, связанные с ППВ, вызывают очень большой интерес, так как имеют хороший выход в практику.

Конечно, жизнь сейчас сложная, не скажу, что полный развал, но работать очень тяжело, зарплаты небольшие, с молодыми специалистами проблемы. Но у меня такое ощущение, что в последнее время что-то начало улучшаться. В этом году к нам пришли два аспиранта, еще один защитил диссертацию. Мы свои кадры готовим в МЭИ, я и мои коллеги читаем лекции на кафедре электронных приборов, на которую каждый год приходит группа студентов четвертого курса и практику проходит у нас.

ВЭИ - институт отраслевой, не академический, мы должны выпускать продукцию - приборы, это сейчас очень тяжелое дело. Помогают отчасти деньги, полученные по договорам с иностранными партнерами. Так, в настоящее время мы разрабатываем для Китая очень мощную систему электропитания.

В отдельных вопросах отечественная электроника держит хорошие позиции. Это относится к пучково-плазменному взаимодействию, о котором я уже говорил. Нас приглашают не только выступать на конференциях, но и сотрудничать с университетами других стран. Результаты мы имеем уже практически хорошие, и хотя каждый шаг сегодня очень труден, но движение продолжается.

Все решится в ближайшее время

И. В. Алямовский: Работаю как "прикладник" с 1961 года. Как ученому работается в научно-производственном объединении? - Для меня это подходящее стечение обстоятельств: колоссальные возможности для эксперимента плюс всегда находишься на острие практических потребностей, с большой степенью внедрения в практику, проверкой всего и вся на "живых" приборах. А жизнь достаточно жестоко отсеивает все малопродуманное. Так что бывает особенно приятно сделать вещь, которая работает годами.

Сейчас положение у нас в НПО очень тяжелое, нет госзаказа, финансирование идет небольшое, от случайных заказов, часто еще нехарактерных для нашей отрасли. Рабочие с производства разбегаются, они не могут существовать без денег, инженерный персонал как-то перебивается, особенно те, кто получает пенсию. Сейчас мы живем именно старым заделом, он настолько хорош, что сохраняет актуальность. Если в ближайшее время начнется финансирование, мы сможем создать очень хорошие приборы, которых нигде больше нет. Но когда на самом деле начнется финансирование - неизвестно, и если нынешняя ситуация затянется еще на год-другой, мы можем просто потерять научный потенциал.

ИЯФ держит руку на пульсе

Г. И. Кузнецов: Живем колхозом, как при социализме: никого не увольняли, зарплату получаем вовремя, хотя производство стало "шуметь" меньше, чем прежде, но по сравнению с другими мы еще на уровне. В последнее время уменьшилось число иностранных заказов, в основном выполняем сейчас для Китая (больше десятка) и только что закончили для Брукхейвена (США) новый ионный источник. Предварительный результат испытаний показывает, что все соответствует расчетам, а поток на порядок выше, чем был у кого-либо. Когда сохранены технологии, можно даже в условиях кризиса делать заказы быстро и с хорошим качеством, надо только держать руку на пульсе. Самое печальное: никто из студентов теперь не хочет идти на ускорительные профессии, все идут в физику высоких энергий - это в основном детекторщики, за рубежом они "железно" находят работу. Я присутствовал на защитах в НГУ и бакалаврских работ, и магистерских - огромное количество совершенно блестящих ребят, но они наполовину уже за рубежом...

Академгородок для тех, кто там живет, это самое приятное место в мире. Хотя и появились в последнее время элементы неухоженности -связано это с тем, что он отчасти становится "спальным районом для новых русских", скупающих здесь квартиры. Но город наш по-прежнему чистый, уютный, и я люблю туда возвращаться откуда угодно, даже из Парижа.

ПОСЛЕСЛОВИЕ

Многие из тех, с кем мне пришлось общаться на симпозиуме SCHEF-99, просили выразить на страницах газеты свою благодарность организаторам этого форума - И. Н. Мешкову, Е. Д. Донцу, всем членам оргкомитета за прекрасную возможность сопоставить точки зрения представителей самых разных научных и технических областей, занимающихся решением одной проблемы.

Анна Алтынова