Владимир Евгеньевич Запевалов

Доктор физико-математических наук,
главный научный сотрудник отдела электронных приборов ИПФ РАН
Родился 30 ноября 1949 года в г. Бор.

О предках

Была такая деревня Еголево (теперь улица Гоголя города Бор), там жили много поколений Запеваловых. Фамилия наша скорее всего была подарена какому-то предку в армии в суворовские времена. Один из них имел редкое имя Измаил, что тоже, возможно, связано с победами в русско-турецкой войне 18 века. Этот пра-пра-дед вернулся с войны без обеих ног. От царя-батюшки ему выдали бумагу с правом собирать милостыню на паперти. А он сказал: «В жизни я не побирался и не буду». Каждое утро за ним приезжала телега, его отвозили туда, где строили шоссейную дорогу, и он работал, как мог, руками, инструментами. И так содержал семью, вырастил детей. Терпеть не мог бездельников.

Дед Николай Иванович Запевалов воевал в Германскую, попал в 1915 году где-то в Галиции под газовую атаку. Домой его привезли умирать, но он выжил и вырастил семерых детей. Дед работал и извозчиком, и конюхом, и землемером - со своими инструментами исходил весь Борский район и север области. У него от природы был замечательный голос, музыкальный слух. До Первой мировой он пел в хоре на ярмарках. И за эти суммарно две недели зарабатывал больше, чем за весь остальной год. После войны он всю оставшуюся жизнь кашлял, а в конце жизни ослеп. Во время Великой Отечественной дед, уже будучи инвалидом, кормил две семьи – свою и друга, ушедшего на фронт.

Мой отец 1917 года рождения был старшим ребенком, его звали Евгений Николаевич. Все дети, кроме последнего, получили высшее образование, в первую очередь девочки. Одна закончила химфак университета, вторая пединститут. Мой младший дядя не получил законченного высшего образования, но зато «дослужился» до директора завода «Теплоход».

Отец начал профессиональную учебу с Речного училища. Оттуда его призвали в армию. Он служил в артиллерии. К моменту планируемой демобилизации началась Финская война. На той же Финской войне воевал и погиб его брат Константин Николаевич, человек исключительных способностей. Мог книгу пролистать и выучить наизусть. Он учился в техническом университете «Военмех» в Питере (ныне Университет им Д.Ф. Устинова). Его приятелем был Антон Жданов, племянник Андрея Александровича Жданова, который с 1924 по 1934 годы возглавлял Нижегородскую (Горьковскую) партийную организацию РКП(б)-ВКП(б), а потом стал 1-й секретарем Ленинградского обкома ВКП(б).).

Константин и Антон погибли буквально за неделю до победы над Финляндией и были похоронены в одной братской могиле. Эту могилу мы с помощью местных следопытов отыскали буквально в позапрошлом году. В начале этого года в «Военмехе» была установлена мемориальная доска в память о погибших студентах- добровольцах, в этом списке и Константин с Антоном.

Отец прошел всю войну и остался цел, хотя рядом погибло много его товарищей. Основная часть его службы прошла под Ленинградом, под Тихвином, защищал Дорогу жизни. После войны его как специалиста не отпускали из армии до 1947 года. Вернувшись, он закончил-таки Горьковское речное училище, затем работал на заводе «Теплоход» сталеваром и заочно поступил в Ленинградский институт инженеров водного транспорта. Его приняли на льготных условиях, как защитника города. На заводе он стал потом начальником цеха, его парторгом.

Бабушку по матери звали Елизавета Ивановна Блиновская (в девичестве –Фролищева). Ее родня жила в Сормово и в Василёве – нынешний Чкаловск. Бабушка была в родстве с Валерием Чкаловым и очень гордились этим обстоятельством. Она работала учительницей начальных классов.

Предки моего деда по матери Алексея Ивановича Блиновского, тоже из Василёва, были безземельные крестьяне. Дед также пошел по педагогической части. В Гражданскую и в первые годы советской власти ему повезло увидеть много известных людей того времени – Николая Второго, Ленина, Бухарина, Троцкого, Северянина, Маяковского, Бальмонта, Есенина, ну и, конечно, Чкалова, у сестры которого он одно время был репетитором. Дед вел многие предметы, рисовал, играл на нескольких музыкальных инструментах, неплохо пел.

Мама окончила Горьковский медицинский институт. Начинала участковым врачом, потом стала кардиологом в Борской больнице, а позже заместителем главврача по лечебной части. Ее звали Нина Алексеевна Запевалова. Она проработала в медицине до 76 лет, а дожила до 90 лет.

Отец с мамой поженились в 1947 году. Она уже работала врачом. Время было нелегкое. Отец работал в три смены. За ночную смену мама всегда очень переживала. До завода 3–4 км пешком, могли напасть, ограбить и даже убить. Родители были очень заняты работой. Отец постоянно на заводе, к маме – участковому врачу – люди обращались за помощью в любое время и вне работы. Но мы, дети победителей, я считаю, пережили, пожалуй, самое счастливое время в нашей стране. Каждый день жизнь хоть немного, но улучшалась. Никто не сомневался, что мы поднимем страну и пойдем вперед.

На лето нас отдавали бабушкам. Одна жила на Бору, а к родне в Сормово и Чкаловск мы добирались на пароходиках, зимой по льду. Автомобильного моста через Волгу тогда еще не было.

Школа и университет

В школе я учился довольно хорошо, окончил с тремя четверками. Мне почти все предметы нравились, я рос любознательным, любил читать. У нас были замечательные учителя-фронтовики, много мужчин после ранений, без руки, например. Учитель физики П.Н. Курицын, блестящий педагог, был бывшим моряком-подводником. Он говорил, что эту службу на флоте выбирал по принципу: либо сразу погибнуть – утонуть, либо вернуться целым. Женская часть педагогического коллектива тоже была очень квалифицированной и добросовестно вкладывала в нас знания и умения. Наших учителей мы не только уважали, но и любили, и до сих пор вспоминаем с признательностью. Помню походы с кострами, пионерские лагеря. Детям тогда самостоятельности предоставляли намного больше, чем сейчас, и мы это воспринимали как должное.

Когда после школы пришло время поступать в вуз, у меня были варианты: политех, физфак и радиофак в нашем университете, либо в Москву поехать. Но в Москву я почему-то совсем не хотел. В 10 классе я посещал подготовительные курсы университета, которые проходили в старом Планетарии. Занимал первые места по физике на районных олимпиадах. Потом меня послали на областную олимпиаду и там провели экскурсию по радиофаку. Многих участников этой олимпиады я потом встретил на радиофаке: Белюстин Николай, Шаврацкий Сергей, Гурбатов Сергей.… Они все были из школы № 40, эта школа уже тогда считалась самой сильной.

В 1967 году из нашего школьного выпуска на радиофак университета поступили вместе со мной пять человек. Это был юбилейный год, 50 лет Советской власти. Осенью проходило много торжеств по этому поводу, город украшали. Через пять лет мы благополучно закончили РФ ГГУ, но никто больше из моих одноклассников не связал впоследствии свою судьбу с НИРФИ.

Со мной вместе на радиофаке учился, например, Сергей Владимирович Голубев. Он до 2017 года был заместителем директора ИПФ РАН по научной работе. Профессор, всю жизнь занимается физикой плазмы и очень успешно. Зинченко Игорь Иванович, заведующий отделом радиоприемной аппаратуры и миллиметровой радиоастрономии – замечательный специалист, с мировой известностью. Еще был Новожилов Сергей, его позже пригласили в Академию МВД, два человека сейчас здесь гидрофизикой занимаются, некоторые успешно работают в ННГУ.

Из педагогов факультета с большим теплом вспоминаю профессора Александру Григорьевну Любину. Она преподавала общую физику, а у нашей группы вела еще и практику. Нам с нею очень повезло. Математический анализ преподавал профессор Дмитрий Андреевич Гудков, электродинамику – профессора Владимир Ильич Таланов и Владимир Борисович Гильденбург, спецкурсы вели Игорь Григорьевич Кондратьев, Михаил Израилевич Рабинович, Лев Аронович Островский и другие. Замечательный профессор Николай Алексеевич Фуфаев преподавал теоретическую механику, читал нам лекции и вел практику. Причем в конце каждой лекции выдавал еще 10 минут резюме на английском. Он сразу готовил нас к работе на высоком уровне.

Николай Александрович Железцов замечательно вел теорию колебаний. Со мной в одной группе училась его дочь Лена, очень помогала мне с английским. С нами училась Ирина Малахова, дочь другого знаменитого профессора – Аскольда Николаевича Малахова, по учебнику которого мы занимались. Он был заведующим кафедрой статистической радиофизики и бионики. Вообще на моем потоке училось много ярких, талантливых ребят, которые затем проявили себя в большой науке: Сергей Гурбатов, Сергей Шаврацкий, Леня Ковнер, Григорий Угодчиков, Григорий Вугальтер, Александр Кашин и другие. Леонид Ковнер был настоящим вундекиндом, он в 14 лет кончил 40-ю школу, затем блестяще закончил радиофак. Руководителем его дипломной работы был академик Абрикосов, нобелевский лауреат. Он наездами читал нам спецкурс. Отец Ковнера – Марк Соломонович – тоже у нас преподавал. Они потом уехали в Израиль.

Дипломную работу я делал в Гатчине в Ленинградском институте ядерной физики (ныне ПИЯФ). До этого моим руководителем был профессор ГГУ Герман Анатольевич Марков. У Маркова я делал курсовую по плазме. И как-то он мне говорит: «У меня однокурсник из Ленинградского института ядерной физики спрашивает, нет ли желающих поехать туда на дипломную работу». А у меня приятель очень хотел туда, он предложил поехать вдвоем. Я согласился. Мы сдали досрочно какие-то экзамены и спецкурсы и полгода работали в Гатчине. И уже там у меня был другой руководитель – Гордеев Геннадий Петрович. Он был на 12 лет старше меня, но отношение было самым дружеским, и он ненавязчиво, но эффективно передавал мне знания и умения. Они занимались немного другим – ядерной физикой, нейтронами, фазовыми переходами. Этот институт буквально за год-два до нашего приезда отделился от Питерского физтеха (ФТИ им. А.Ф. Иоффе), на воротах все еще было написано ФТИ. Своего руководителя я до сих пор навещаю в Гатчине, когда бываю в Питере (он завершил трудовую деятельность примерно 5 лет назад), и он всегда говорит: «Ну ты же наш, физтеховский». Я даже не против был остаться там работать, но при разделе ФТИ забрал себе все вакансии. Мне сказали: «Приезжай через год-два. Запустим реактор ПИК, будешь на нем работать». Но история с ПИКом затянулась на десятилетия. Запустили его всего два года назад. У меня была тогда куча идей, некоторые тамошний народ потом развивал. Заведующим одним из секторов был Гильяри Моисеевич Драбкин, красавец, очень похожий на артиста Стржельчика, участник войны, очень разносторонний ученый. И вообще там работало много замечательных ученых, с которыми я мог запросто общаться и о которых теперь читаю в Википедии.

Диплом я подготовил в Гатчине, а защищал в Горьком в 1972 году. Его тема «Исследование фазового перехода в магнитно-разбавленных сплавах палладия и железа». Закончил я кафедру электродинамики. Заместитель декана Юрий Евгеньевич Красильников мне предложил для работы большой список вакансий электронных предприятий в Горьком. Не было мест только в Арзамасе-16, в НИРФИ и Горьковском конструкторско-технологическом бюро измерительных приборов – нынешнем НИИС. А на факультете требовался инженер на кафедру электроники, в группу профессора Шулима Ефимовича Цимринга. Деньги там сравнительно небольшие, зато можно было заниматься наукой. Через год меня перевели в старшие инженеры, и на этой должности я пребывал до защиты диссертации. Обошелся без аспирантуры. Числился в научно-исследовательской части ГГУ, на кафедре электроники радиофака. Один человек не хотел меня оформлять и просил отдельного распоряжения начальства. Тогда Павельев Владимир Геннадьевич пошел к зав. кафедрой электроники профессору Виктору Ивановичу Гапонову, отцу Андрея Викторовича и супругу Марии Тихоновны. Виктор Иванович был выдающимся ученым и очень интеллигентным человеком большой эрудиции. Он тогда написал: «Пока Гапонов руководит кафедрой электроники, Запевалов без работы не останется». Жалею до сих пор, что тогда не было возможности снять копию с этого замечательного документа.

70–80-е годы. С кем посчастливилось работать

Числился я в университете, но, начиная с 1972 года, работал больше в НИРФИ, а затем в ИПФ АН. Здесь на втором этаже четвертого корпуса и сегодня мое рабочее место. Работа по большей части носила экспериментальный характер, но иногда приходилось заниматься и расчетами.

Практически всеми составляющими гиротронов я занимался под руководством Шулима Ефимовича Цимринга. Он родился в Пензе и сначала работал там, потом переехал в Саратов. Оттуда его к себе на кафедру электроники забрал Виктор Иванович Гапонов. У нас его считали саратовцем, в Саратове – жителем Пензы или горьковчанином. У него осталось много друзей и коллег в Саратове, где в это время находился один из основных центров отечественной электроники СВЧ. Это давало нам возможность поддерживать контакты с наиболее яркими представителями Саратовского университета и предприятий электронной промышленности.

Руководителями отдела, который занимался гиротронами в НИРФИ, был сначала Андрей Викторович Гапонов, а потом Валерий Константинович Юлпатов. Игорь Иванович Антаков был заместителем заведующего отделом, всю текущую работу по экспериментам тянул. Это он обнаружил в трохотроне неожиданный эффект, понимание которого вывело на создание гиротрона. С нами работали Кораблев Геннадий Семенович, Павельев Владимир Геннадьевич. Павельев был по совместительству доцентом университета. Еще был Гинцбург Владимир Александрович, яркий специалист высокой квалификации. (По рассказам, его предки вложились в развитие российских железных дорог и были пожалованы баронским титулом в царское время). Рядом трудились замечательные коллеги и профессионалы своего дела Евгений Васильевич Засыпкин, Евгений Васильевич Соколов, Евгений Герасимович Авдошин и Альберт (к сожалению, не помню отчество, кажется Васильевич) Мельников.

Михаил Иванович Петелин сначала работал у нас, но потом возглавил другой отдел. Он часто заходил к нашим соседям по экспериментальному залу. Аркадий Львович Гольденберг проводил эксперименты на соседней установке, получая рекордные результаты. Вместе с Юрием Владимировичем Быковым они делали мощную лампу, получили первый мегаватт мощности. Потом они много занимались приложениями гиротронного излучения.

Наша группа осваивала возможность создания гиротронов на второй гармонике. Для этого случая необходимо либо меньшее магнитное поле, либо можно достичь большей частоты при том же магнитном поле. В итоге возможно получить или более коротковолновое излучение, или более эффективный и дешевый прибор. Мы с Кораблевым и Павельевым работали своими средствами и подходами над освоением «субмиллиметрового провала» с использованием гиротронов на гармониках. Колебания на второй гармонике сначала развиваются при повышении мощности винтового электрического пучка (ВЭП), но в какой-то момент как-бы «срываются» и продолжаются уже на первой гармонике с меньшей частотой. Это проявление того, что называется конкуренцией колебаний в гиротроне. Долгое время никто не понимал, почему так происходит и как с этим бороться. Представьте, что вы лезете вверх по лестнице и упираетесь в крышку над головой. Нужно было открыть эту «крышку», чтобы двигаться дальше. В итоге мы нашли несколько подходов и смогли дальше повышать частоту и мощность гиротронов на второй гармонике. В понимании процессов взаимодействия в резонаторах гиротрона нам помогали теоретики Григорий Семенович Нусинович, Владимир Львович Братман и Марк Андреевич Моисеев.

Опираясь на свой опыт, скажу, что гиротрон на первой гармонике это наука. Вы рассчитываете нужные параметры, аккуратно собираете, и все хорошо работает. А гиротрон на второй гармонике, зачастую, это искусство. Там есть тонкости, которые надо буквально чувствовать и тонко корректировать. Наш подход и разработанные методики для гиротронов на второй гармонике оказался эффективным, а дальше мы смогли применить этот опыт и для гиротронов на первой гармонике.

Остальная часть группы Цимринга занималась электронной оптикой для формирования ВЭП для всей гиротроники. Авдошин начинал с Гольденбергом разрабатывать методику измерений разных параметров винтовых электронных пучков, активной среды гирорезонансных мазеров. Они на магнетронных пушках в моделирующем режиме, при сохранении конфигурации электронных траекторий изучали свойства винтовых пучков. Евгений Герасимович Авдошин потом перешел на Ленинский завод. А к нам пришел Варенцов Владимир Александрович. Сначала он занимался электронными пучками, потом перешел в группу Антакова, а затем перебрался в Москву в НПП «Торий». Еще чуть позже добавился Сергей Александрович Малыгин, тоже из дипломников Цимринга. Мы с ним много и плодотворно работали и по электронной оптике, и по электродинамике гиротронов. Потом он перешел в НПП, «Салют», где продолжал работу с гиротронами. Наше сотрудничество не прекратилось после его перехода, а приобрело немного другую форму. Он приезжал нам, я бывал у них, мы обсуждали проблемы и находили совместно новые решения. Сергея Александровича отличал очень скрупулезный подход к работе, тщательная проработка деталей. К сожалению, прожил он довольно мало, но его многие помнят с большой теплотой.

После ухода Варенцова нам самим потребовалось заняться электронной оптикой. Когда у кого-то лампа гиротрона плохо работала, говорили: «Это пучок плохой». А что значит плохой? Вот мы и решили померить где он образуется прямо в лампе, а не на отдельной установке, совсем в других условиях. Поставили туда анализатор, типа того, что разработан Авдошиным и Гольденбергом, обнаружили много непонятного. Пришлось более тесно взаимодействовать с теоретиками ВЭП. Был еще в нашей группе хороший человек, который рассчитывал эти винтовые пучки – Владимир Кузьмич Лыгин. Он ушел из жизни до обидного рано, в 60 лет. Чуть позже, параллельно этим занимался Владимир Николаевич Мануилов, он сейчас профессор в университете.

В итоге сопоставления мы обнаружили, что расчетные и измеряемые величины, характеризующие ВЭП, похожи, но не одинаковы. После некоторой модификации методики экспериментов и обработки расчетных данных оказалось возможным адекватное сопоставление теории с экспериментом. Теоретики стали считать примерно те величины, с которыми мы можем сравниваться. И всем стало понятнее, в какую сторону двигаться, на что воздействовать. Параллельно улучшалась техника экспериментов. В итоге мы получили методику улучшения характеристик для систем формирования ВЭП и минимизации негативных эффектов. После этого, стало понятно за какие эффекты ответственны недостаточно хорошие ВЭП, а для каких надо искать другие причины.

Тут можно сделать небольшое примечание о разнице в подходах теоретиков и экспериментаторов. Теоретики имеют дело с моделью физического явления, очищенной от посторонних эффектов. Как правило, теоретики полностью верят результатам экспериментов, поскольку мало представляют, как они получены. Экспериментаторы имеют дело с явлением во всем его многообразии, хотя стремятся наблюдать поведение объекта, поставленного в контролируемые условия и измерить требуемые характеристики. Какова степень контроля, это всегда вопрос, поэтому экспериментаторы всегда критически относятся к результатам эксперимента. Большинство экспериментаторов люди в той или иной мере суеверные, хотя и скрывают это, у каждого из них есть какой-то список «ритуалов», что можно и что нельзя делать при подготовке и проведении эксперимента, когда можно включать установку и так далее. Например, почти все подберут монетку орлом вверх, как предвестник удачности эксперимента, и не тронут решку.

На пути к промышленным гиротронам

Диссертацию я защитил довольно поздно, в 1985 году. Она была посвящена гиротронам на второй гармонике. После защиты Валерий Александрович Флягин пригласил меня перейти в ИПФ АН. Сказал: «В университете тебе все-равно делать нечего». Да, преподавателей там и без меня хватало. Был выбор – либо сюда, либо в «Салют». Флягин рассудил: «В «почтовый ящик» ты всегда успеешь». Там был более жесткий режим работы и ездить дальше. Я согласился, тем более, что мне нравился коллектив и задачи были интересные.

Почти одновременно со мной в ИПФ РАН пришел Андрей Николаевич Куфтин, он был дипломником Цимринга. Его активность позволила существенно усилить экспериментальную деятельность. Отдел тогда возглавлял Валерий Александрович Флягин. Геннадий Семенович Кораблев в это время ушел в релятивистскую электронику. Освободились некоторые стенды. В те годы прошла реконструкция, часть стендов убрали, чтобы разместить институтский вычислительный центр. Какие-то помещения у нас забрали, какие-то, наоборот, добавили.

В конце 1980-х потребовалось разработать новое поколение гиротронов для УТС (на первой гармонике) на более высокую частоту, мощнее и эффективнее. Мы начали работу с криомагнитами. Они могли создавать более сильное магнитное поле. Цель была – создать лампу на 83 ГГц для Курчатовского института. До этого у них были приборы на 300 кВт, на 400, а они хотели 500 кВт. Нужно было создать прототип, чтобы потом изготовить новый гиротрон в «Салюте». По-прежнему мы работали с Шулимом Ефимовичем Цимрингом. Сергей Николаевич Власов нас консультировал по электродинамике.

Лампу для лабораторного макета мы задумали разборную и к ней много дополнительных диагностик. Чтобы можно было при необходимости поменять резонатор, катоды и т.п. Были у коллег возражения: «Все без этого обходятся. Посчитали – сделали. Зачем вы тут все измерять собираетесь? Только лишняя работа». Но мы считали, что это целесообразно, а руководство не возражало, полагая, что мы знаем, что делаем. Построили разборный экспериментальный макет с непрерывной откачкой, несколько видов пушек, и после измерений свойств, формируемых ВЭП, выбрали две наиболее перспективные. Расчеты пушек выполнил Владимир Кузьмич Лыгин, а расчеты резонаторов и процессов взаимодействия – я, поскольку постеснялся беспокоить крутых теоретиков, а сам вполне справлялся с этим. Попробовали несколько резонаторов, причем довольно простых, чтобы они были хорошо воспроизводимы на промышленном оборудовании. Мы готовили прототип не уникального прибора, а серийного. В итоге от экспериментального макета мы получили КПД свыше 50%. И все слегка обалдели, до этого 35% были за праздник. Это случилось примерно в 1988 году.

Потом работали над внешним преобразователем с помощью Сергея Николаевича Власова. Там случались успехи и неудачи. Оказалось, что донести до преобразователя излучение, не «попортив», довольно сложно, ведь увеличился пробег пучка, и каждая неоднородность норовила подпортить его. Нужно было менять конструкцию лампы, переходить от внешнего преобразователя к внутреннему. Изготовили новый макет уже со встроенным преобразователем. Курчатовцы в итоге получили гиротрон из «Салюта», которые сделали неразборный прибор чуть похуже, но быстрее. Но мы приобрели хороший опыт. У нас появилась отработанная методика, которая позволила потом создать множество других гиротронов.

После этого были отработаны прототипы гиротронов с мощностью 0.5 и 1 МВт с частотами 110, 140, 170 ГГц. В одном из них был отработан новый тип преобразователя, предложенный Григорием Геннадьевичем Денисовым, Дмитрием Вадимовичем Виноградовым и Михаилом Ивановичем Петелиным (Международный патент!). После ряда экспериментов удалось уменьшить потери на преобразование в несколько раз. Опытно промышленные гиротроны на основе этого макета имели высокий КПД и отличались простотой эксплуатации. Они были поставлены в США (CPI) и Нидерланды (FOM -институт). Во время нашего визита в FOM, показывая эту лампу на рабочем стенде голландец сказал: «Это не гиротрон, а кусочек торта. Работать с ним одно удовольствие». Мне было приятно это слышать.

Затем мы разработали прототипы гиротронов с рекуперацией остаточной энергии электронного пучка, что позволило поднять КПД опытно-промышленных ламп выше 50%. Затем были разработки многочастотных гиротронов, когда из одной лампы можно получить излучение на нескольких частотах при изменении внешних параметров. Почти все макеты послужили прототипами опытно-промышленных ламп, изготовленных в НПП ГИКОМ и отправленных в разные страны.

В начале 1990-х годов Юрий Владимирович Быков и Аркадий Львович Гольденберг проводили исследования по воздействию гиротронного излучения на разные вещества. Эксперименты проводились с гиротроном на первой гармонике, с криомагнитами, что было трудоемко и дорого. Я предложил Валерию Александровичу Флягину сделать гиротронный комплекс на второй гармонике, такой, чтобы он был доступным для тиражирования. Олег Васильевич Малыгин вместе с Андреем Николаевичем Куфтиным очень тщательно отработали лампу на 10 кВт, которая сейчас идет как основа всех технологических гиротронов. Причем мы долго не могли выбрать частоту. Были предложения – на 6, 8, 12 мм. В конце концов сказали: «Давайте сделаем на 1 см, поскольку это основная единица измерения. От нее можно масштабировать параметры в любую сторону». Мы уже рассчитывали на то, что такие установки можно будет поставлять заинтересованным лабораториям, за границу, например.

Наша лампа получилась на 30 ГГц. А у американцев и японцев, к примеру, были на 28 ГГц и тоже примерно на 10 кВт. Потом нам немцы говорят: «Вообще-то есть установленная европейская частота 24.125 ГГц. Другая частота потребует специального разрешения на эксплуатацию прибора». У американцев таких ограничений не было. В итоге мы сделали и на 24, и на 28 ГГц. Первый комплекс был поставлен в Германию в город Карлсруэ в исследовательский центр, и с него началось использование технологических гиротронов в Европе. Причем мы думали, что нашим и зарубежным коллегам потребуются приборы на 30 кВт, на 100 кВт и т.д. Но к нашему удивлению запросили 3 кВт для ряда малых лабораторий. Институт прикладной физики поставил несколько таких комплексов в разные страны.

От этой первоначальной конструкции лампы на 10 кВт наши коллеги несколько раз пытались уйти, но каждый раз оказывалось, что она отработана лучше всех. Трансформируя и дорабатывая ее, можно быстро получить требуемые параметры. Получилась такая базовая штука – технологический гиротрон. И это было важным результатом нашей работы. Он появился к 1990-м годам. Их довольно много заказали по всему миру, и они до сих пор работают.

2000-е. Новые подходы

До этого момента мы использовали для технологических гиротронов магниты с масляным охлаждением, они требовали много электроэнергии, были громоздкими. Были варианты с экранированным магнитом, что давало заметное снижение мощности, потребляемой на формирование магнитного поля. После этого нам поставили задачу сделать технологический гиротрон с постоянным магнитом. Наша команда при основной роли Куфтина (с Цимрингом, Лыгиным, Малыгиным и другими), придумала, что еще можно улучшить за счет постоянных магнитов. У нас получилось создать экономичный и компактный прибор. Технологический комплекс на основе этого гиротрона был поставлен в Японию (Осака). Сейчас цена постоянных магнитов резко возросла, мы с ними далее работать пока не можем.

Накопленный опыт создания гиротронов на первой гармонике позволил нам совместно с НПП «Гиком» разработать гиротрон с частотой 300 ГГц мощностью непрерывного излучения около 3 кВт для работы в «сухом» криомагните с полем 12 Т, который поставили в университет города Фукуи (Япония) в 2005 году. Причем делали для японского магнита, не видя его «в живую», без предварительного макета. Японцы обещали прислать нам криомагнит на испытания собранного прибора, а потом им не разрешили. На запуск ездили Олег Васильевич Малыгин и Виктор Иванович Хижняк. Собрали, включили – был небольшой недобор по параметрам. Ну так мы же без магнита лампу сделали. Я говорю: «Не нравится? Назад заберем». – «Нет, что вы, оставьте!» Потом выяснилось, что это была совершенно уникальная лампа на тот момент в мире. Длина волны у нее была 1 мм. Они ее много лет эксплуатировали чуть ли не в круглосуточном режиме. Полупроводники отжигали, керамику, проводили биомедицинские опыты. Потом они эту лампу «убили». У них сломался криомагнит. Полтора года ждали там ремонта, дождались, но в результате за время простоя в лампе ухудшился вакуум. Нам на перекачку прислать не захотели. После этого пишут мне и Михаилу Юрьевичу Глявину: «Можно мы отпилим откачной штенгель (трубку через которую на заводе происходит откачка) и поставим внешний насос?». Мы почти синхронно отвечаем, что очень не рекомендуем. Ну они на это не посмотрели, приделали новый насос, все это проработало месяц. При плохом вакууме лампа «не жилец». Долго не могли нам в ремонт ее прислать, а потом у них сменилось начальство. Этот прибор пока так у них и стоит. Можно было бы у нас или в какой-нибудь фирме все сделать по-человечески, но захотели сделать «на коленке», а так не вышло.

А вот еще одно направление наших научных экспериментов. Американские специалисты из MIT обнаружили, что применение микроволнового излучения за счет динамической поляризации ядер (ДЯП) позволяет резко увеличить чувствительность спектрометров на ядерном магнитном резонансе (ЯМР) и понизить время измерений. Гиротроны на первой гармонике для этой цели начала выпускать фирма CPI совместно с фирмой BRUKER (США), которая в настоящее время является основным изготовителем ЯМР спектрометров. Многие пользователи ЯМР спектрометров хотели бы иметь такие ДЯП комплексы, но они очень дороги. Мы немного подумали и сделали первые в мире гиротроны на второй гармонике для ДЯП ЯМР спектроскопии. Это было в 2009 году тоже для Германии. Во Франкфурте-на-Майне есть университет имени Иоганна Вольфганга Гёте. Там ведутся работы по биохимии и медицине.

Этот прибор до сих пор работает, причем он оказался очень дешевым. Здесь мы превзошли все запрошенные параметры. Мы разработали и испытали гиротрон (Олег Васильевич Малыгин, Андрей Николаевич Куфтин, Антон Сергеевич Седов, Николай Петрович Венедиктов, Валерий Иосифович Цалолихин и др.) и криомагнит (Александр Шлемович Фикс) и часть источников питания (Евгений Альбертович Копелович и др). В лаборатории электродинамики создали передающую линию (Григорий Геннадьевич Денисов, Александр Александрович Богдашов и другие). А другую часть источников питания и вспомогательного оборудования заказчики по нашим рекомендациям приобрели в Германии, что потом сильно облегчило им ремонт установки. После этого и CPI начала делать гиротроны для ДЯП на второй гармонике на разные частоты и к настоящему времени поставила их несколько десятков.

В рамках своей работы я несколько раз ездил в Германию. В Исследовательский центр Карлсруэ уехал первый технологический гиротрон ИПФ АН и другое оборудование, мы его разрабатывали, поставляли и налаживали. Первый российский гиротрон для плазменных исследований был отправлен в Институт физики плазмы Общества Макса Планка по договоренности. Я был участником первой поездки, когда мы с коллегами из Курчатовского института установили и запустили там криомагнит, и второго визита, когда с курчатовцами и коллегами из «Салюта» запустили первый гиротрон (140 ГГц, 0,5 МВт, 0,5 с). Там было много неожиданных приключений, и мы рекомендовали готовить наших специалистов к работе «в нештатных ситуациях». Следующие поездки наших коллег в этот институт позволили нам нарастить «скамейку запасных». Это сыграло важную роль при выполнении первых зарубежных контрактов НПП «Гиком» и материально поддержать сотрудников в тяжелые времена. Кроме того, мы общались с немецкими коллегами на Российско-германских научных семинарах по электронно-циклотронному нагреву и гиротронам. Несколько десятилетий я выполнял обязанности ученого секретаря этих семинаров. Для выполнения контрактов или для участия в конференциях ездил в Японию, США, во Францию, Италию, Китай.

Защита моей докторской диссертации прошла в 2008 году. Она была посвящена проблемам повышения эффективности генерации мощных гиротронов. Я уже был к тому времени заведующим лабораторией гиротронов для управляемого термоядерного синтеза. А сегодня я работаю главным научным сотрудником лаборатории источников и приложений мощного терагерцового излучения.

Что помогает искать решения научных задач

Я считаю, что возможно все, что не противоречит законам природы. Вы знаете, когда мне говорят, что чего-то нельзя достичь, а я нутром чую, что на самом деле можно, я стараюсь все-таки попробовать. Ну мало ли, что кто-то сказал: нельзя. Истину проверяют только своим опытом. Давно сказано, что «нет человеку большей радости, как есть, пить и видеть дела рук своих» (книга Экклезиаст).

Ну вот мы сделали резонатор для работы гиротронов на высоких модах. Говорили, что нельзя сделать слишком большой резонатор в масштабе длины волны. Сделали. Работает.

Очень долго наши ведущие теоретики говорили, что при повышении рабочего напряжения КПД гиротрона резко падает. А у нас были замечательные теоретики и математики Марк Андреевич Моисеев и Николай Александрович Завольский. Я к ним обратился: «Ребята, я чувствую, что это не так. Давайте разберемся». Они рассчитали более аккуратную модель. Оказалось, что снижение есть, но не катастрофическое, и его можно компенсировать другими факторами. Мы сделали доклад, потом опубликовали статьи на русском и английском. И скептики сказали: «Да перестаньте вы уж нас этим попрекать». Это все шутя, конечно.

Был еще случай. Николай Иванович Зайцев делал гиротрон на большие напряжения (200 кВ). По нашим понятиям КПД должен был быть 50%. Опять нашлись скептики: «Ха, что вы тут насчитали? У вас не получится». А Николай Иванович делает лампу и получает 51%. Оказалось, что теория скептиков была построена на том предположении, что КПД маленький. Они и получали маленький (улыбается).

Я как-то встретился с основным заказчиком гиротронов Владимиром Владимировичем Аликаевым из Курчатовского института. Гиротроны тогда были на 60 кВ, и на 60 кВ получить мегаватт было исключительно сложно. Я предложил поднять напряжение до 75–80 кВ. Он говорит: «Ну что Вы, ваши же специалисты учат, что КПД рухнет». Вот был такой психологический барьер. А мы все-равно попробовали. Оказалось, что на 80 кВ все прекрасно работает, КПД высокий, а мегаватт – как с куста. Сейчас дальше поднимаются, американцы уже за сотню киловольт перевалили.

С чем хочется поработать помимо гиротронов

Была мысль уничтожать саранчу с помощью микроволн. Это очень мощный и опасный вредитель сельхозугодий. Это насекомое сегодня угрожает жизни 10 млн человек в мире, уничтожая посевы. Поскольку климат меняется, то саранча атакует все более северные регионы. Ее травят опасной химией. Убитую землю восстанавливают другой химией. Идея в том, чтобы все эти тучи насекомых уничтожать в полете. Тогда ущерб для остальных живых организмов будет небольшой. Погибших насекомых можно даже как-то перерабатывать, поскольку ни химии, ни радиации в этой технологии нет. Можно аккуратно пробовать уничтожать насекомых, когда саранча села на посевы. Американцы в 1980-х годах попробовали это делать магнетронами, и было все замечательно. Но потом вдруг программу закрыли без объяснения причин. А через какое-то время появилось нелетальное микроволновое оружие.

Но я бы еще хотел побороться с саранчой физическими методами. В свое время мы написали несколько статей в наши и зарубежные журналы, контактировали с Институтом механизации сельского хозяйства в Москве, подавали на совместный грант, но безуспешно. Мне намекнули, что есть мощное химическое лобби в этом вопросе.