Полвека плодотворной работы

Кафедра промышленной электроники отмечает юбилей

60-е годы XX века. В Рязани бурными темпами развиваются недавно созданные промышленные предприятия, которым требуются инженерные кадры.

Чтобы обеспечить производство специалистами в области газоразрядных приборов, в 1963 году в РРТИ была основана кафедра ионных приборов, а ныне – кафедра промышленной электроники, которая в этом году отмечает 50-летний юбилей.

Квалифицированными кадрами кафедра ионных приборов снабжала не только Рязань, но и Фрязино, Раменское, Москву, Львов и другие города. Кафедра ПЭл по-прежнему остается одной из ведущих в РГРТУ. Здесь работают высококвалифицированные преподаватели, выпускники востребованы, а студенты довольны обучением.

У истоков создания

В 1963 году в РРТИ на факультете электроники уже действовали кафедры электронных приборов и электровакуумной техники. Инициаторами создания новой кафедры ионных приборов были заведующий кафедрой ЭВТ доцент П.В. Пошехонов и заведующий кафедрой промэлектроники Московского энергетического института профессор И.Л. Каганов. Активно поддержал создание кафедры главный инженер НИИГРП к.т.н. КАШНИКОВ Н.Г.

Кафедра могла начать свою деятельность при условии, что в ее составе будут числиться минимум пять преподавателей. Таким образом, ее основоположниками стали А.А. Николаев, И.А. Зайцев, А.С. Арефьев, С.П. Шумаков и Ю.В. Тихомиров. В течение года, предшествующего открытию кафедры, они старательно работали над планированием учебного процесса, научной деятельности и оснащением лабораторий, в чем им помогали сотрудники других кафедр ФЭ.

Позже преподавательский состав кафедры пополнялся за счет собственных выпускников и бывших выпускников родственных кафедр. Так начали работать В.Ф. Гнидо, Н.И. Шадрин, Г.Н. Золотухин, И.Г. Кожевников, В.И. Булкин, В.И. Хоточкин, Б.Д. Малолетков, Ю.А. Юдаев и другие. При создании кафедры заведующим лабораториями был Николай Иванович Шадрин, на сегодняшний день он доцент, уважаемый преподаватель кафедры ПЭл.

В 1963 году достраивалось главное здание РРТИ, лабораторный корпус находился на стадии проекта. Поэтому на первых порах все научные исследования и лабораторные работы студентов проводились в первом учебном корпусе на улице Циолковского.

Ученые и организаторы

Каждый из заведующих кафедрой внес свой вклад в ее становление и развитие.

При первом заведующем Александре Андреевиче НИКОЛАЕВЕ (возглавлял кафедру с 1963 по1977 г.г.) были организованы не имеющие аналогов в других вузах лабораторные практикумы по физике газового разряда. Главной целью работы в то время была подготовка кадров для НИИГРП и курируемых им предприятий. Поэтому базовыми дисциплинами стали: физика газового разряда, газоразрядная техника, квантовая механика и спец. главы физики, электродинамика, расчет и конструирование ГРП, технология производства ГРП, ионные приборы. При подготовке указанных дисциплин преподаватели кафедры повышали свою эрудицию и квалификацию в этих областях и постепенно подготовились к выполнению научно-исследовательских работ в этой области. На кафедре начала развиваться научная работа в области физики газового разряда и разработки ГРП.

<div "=""> А. А. Николаев Заседание кафедры А. А. Николаев с Учеником Послание А. А. Николаеву от благодарных студентов
Под руководством А.А. Николаева кафедра ионных приборов заключала хоздоговорные работы с промышленностью, в которых принимали участие преподаватели И.А. Зайцев и С.П. Шумаков. Были созданы откачные экспериментальные установки, подготовлена измерительная аппаратура, начали регулярно проводиться научные семинары. В такой атмосфере были получены первые научные результаты. Они касались физики дугового разряда с накаленным катодом при низком давлении. Были установлены и классифицированы отдельные стадии и виды разряда: разряд «анодное свечение», разряд «светящиеся шары» и т.п. Позже этот материал был обобщен и послужил основой кандидатской диссертации ст.преподавателя И.А. Зайцева. Таким образом, с этого момента на кафедре происходит объединение двух ветвей научных исследований: физики газового разряда и конструкторско-технологического совершенствования и разработки приборов.

В середине 60-х годов разработчиками радиолокаторов была поставлена задача улучшения частотных свойств тиратронов малой и средней мощности для увеличения дальности работы радиолокатора. В процессе выполнения проводимых научных исследований на кафедре была установлены теоретически и проверена экспериментально четкая зависимость давления наполняющего газа (водорода) от времени «распада плазмы», наполняющей прибор и исчезающей в момент прекращения прохождения тока через коммутирующий прибор-тиратрон. Было показано теоретически, что так называемая «постоянная времени распада» целиком определяется конструктивными параметрами прибора. На высоком уровне развивалась теория деионизации газоразрядной плазмы в приборах. На основе решения систем уравнений, описывающих «распад плазмы» при различных условиях горения и погасания разряда, установлены закономерности распада плазмы. Позже на этом принципе был разработан прибор — газоразрядный измеритель давления, впоследствии демонстрировавшийся на ВДНХ и получивший награду. Изложенные результаты исследований составили основу кандидатской диссертации С.П. Шумакова, защищенной в начале 80-х годов.

Широкое изучение газоразрядной техники проводилось при Александре Сергеевиче АРЕФЬЕВЕ (заведующий кафедрой с 1978 по 1987 г.г.). В 70-е годы на кафедре большое внимание уделялось исследованию физических процессов в мощных коммутирующих приборах. Это было вызвано интенсивным развитием дальней локации (поверхность Луны, искусственные спутники), что требовало создания мощных надежных приборов с большим сроком службы. Создание подобных приборов сдерживалось отсутствием научной базы в области физики таких сложных процессов в физике газового разряда как явление «обрыва дуги» и токопрохождение дугового разряда через диафрагмированные промежутки внутри приборов. Результаты исследования кафедры в этой области составили содержание кандидатских диссертаций Н.М. Анитова и Н.И. Шадрина, выполненных под руководством А.С. Арефьева.

А. С. Арефьев

Преподаватели кафедры ПЭл талантливы во всём
В эти же годы параллельно шла работа по созданию нового типа приборов с накаленным катодом при низком давлении-так называемого таситрона. Прибор представляет собой управляемый газоразрядный коммутатор, т.е. им можно регулировать токопрохождение в приборах так называемым «гашением» разряда. В таситроне гашение разряда проводилось с помощью мелкоструктурной сетки в промежутке анод-катод. Геометрические размеры сетки существенно влияют на гашение разряда. Поэтому достаточно тщательно изучались свойства мелкоструктурной сетки, особенно соотношения между геометрическими размерами сетки и давлением газа. После публикаций материалов по физике газового разряда в таситроне и его особенностям, которые способствовали более глубокому пониманию процессов в таситроне, начались более детальные разработки конструкций таситрона на НИИГРП и Чехословакии. В процессе работы над таситроном были детально изучены возможности его применения в конкретных схемах для коммутации мощных импульсов тока. Именно этому типу приборов и их применению была посвящена кандидатская В.Ф. Гнидо, защищенная в 1983 году. В ней была предложены двухимпульсная схема управления газоразрядными приборами, что открыло новые перспективы применения приборов.

В 80-е годы тиратроны, традиционно применявшиеся в радиолокации, начинают широко использоваться в других областях науки и техники. Этому способствовало развитие лазерной техники, особенно эксимерных и азотных лазеров, а также новая военная техника. Коммутация лазерных цепей проводится импульсами тока длительностью порядка несколько десятков наносекунд, причем длительность фронта составляет единицы наносекунд. Такой режим ставит коммутатор, которым является тиратрон, в чрезвычайно тяжелые условия работы. Вследствие этого у тиратрона разрушается катод, происходит интенсивная эрозия анода, распыляется сетка, снижается электропрочность и т.д. В результате срок службы прибора резко падает. Именно над вопросами выделения мощности на электродах, режимах коммутации, тепловых процессах в приборах и увеличения срока службы приборов работает кафедра в эти годы. Результаты исследований отражены в диссертациях Б.Д. Малолеткова и Н.М. Верещагина.

Б.Д. Малолетков впервые разработал физико-топологическую и численную модели формирования разряда в двухэлектродном промежутке, учитывающее влияние объемного заряда ионов, характеристик внешней цепи и импульса. На основе физических представлений о развитии разряда он произвел расчет и экспериментально измерил мощность потерь на поверхности сетки и анода мощного импульсного коммутатора с водородным наполнением в режиме коротких импульсов.

В диссертации Н.М. Верещагина оцениваются влияние вторичной эмиссии с анода на электрическую прочность приборов и ее роль в развитии лавин в области сетка-анод. Им измерены предпробойные токи в тиратронах, разработаны эквивалентная схема тиратрона и схема управления тиратроном тетродной конструкции, разработана конструкция тиратронно-трансформаторного блока, позволяющая уменьшить потери в тиратроне, разработаны критерии оптимизации схем возбуждения лазеров по минимуму потерь мощности на электродах тиратрона.

В 80-е годы тематика работ кафедры в области газоразрядной техники значительно расширилась. Она включала в себя большое число работ по газовым лазерам, физическим процессам в герконах, моделированию газоразрядных процессов. Результаты всех этих исследований были обобщены и представлены в докторской диссертации А.С. Арефьева, защищенной в 1992 г. В ней впервые проведено теоретическое обобщение результатов исследования эрозийных процессов на базе разработанной физико-математической модели эрозии в газовом разряде как единого теплофизического процесса. Модель учитывает, что при мощном импульсном разряде под действием высокой плотности теплового потока возбуждается интенсивное поверхностное испарение, обеспечивающее быстрое движение границы испарения вглубь металла. Учтено возникновение пусков быстрых направленных электронов в условиях сильных электрических полей. Построена модель формирования разряда в трехэлектродном промежутке с учетом влияния анодного потенциала на процессы в катодно-сеточной области. Разработаны научные основы конструирования высокостабильных приборов. Созданы эрозионностойкие структуры для катодов, выяснены основные причины нестабильности параметров приборов, разработаны практические рекомендации по методике отбраковки приборов, изменению технологического процесса, совершенствованию конструкции приборов.

Под руководством А.С. Арефьева был открыт филиал кафедры в НПО «Плазма», где студенты проходили лабораторный практикум в производственных условиях под руководством сотрудников предприятий и осваивали работы на сложном оборудовании. Достижения кафедры, такие как методы измерения тепловых расчетов мощнов ГРП, параметры расчета потерь мощных ГРП, параметры расчета потерь мощности на электродах ГРП, конструкции электродов и узлов приборов, технология изготовления и обработки катодов и катодных узлов, некоторые особенности схем включения приборов и их согласования стали использоваться на производстве.

С назначением Игоря Васильевича ЗАКУРДАЕВА (заведующий кафедрой с 1987 по 2003 г.г.) на кафедре продолжаются исследования как по традиционной тематике совершенствования конструкций ГРП, так и по новым направлениям физики газового разряда. Примером последнего может служить кандидатская диссертация Ю.А. Юдаева, защищенная в 1994 г. В ней представлены результаты работы по исследованию свойств волн ионизации, возникающих в трубке при значительных перенапряжениях. Определено влияние типа катода, тока подготовительного разряда и геометрии разрядного промежутка свойств волн ионизации. Предложен способ управления импульсными ГРП низкого давления, основанный на использовании волн ионизации в качестве управляющего воздействия и обеспечивающий высокое быстродействие приборов.

Традиционная тематика кафедры нашла отражение в кандидатской диссертации Н.П. Богданова, защищенной в 1999 г. В ней разработаны принципы конструирования катодов, обеспечивающее оптимальные режимы работы приборов в сверхплотном тлеющем разряде. Создана и реализована в виде программного обеспечения численная физико-математическая модель формирования разряда в диодном промежутке с сетчатым катодом, позволяющая анализировать влияние разрядных параметров внешней цепи на характер этого процесса.

В связи с широким использованием вычислительной техники на кафедре начали интенсивно развиваться исследования, связанные с разработкой и применением математического и компьютерного моделирования в области физики газового разряда и конструирования ГРП нового поколения. Появились перспективные научные направления: туннельная микроскопия, разработка методов получения чистых и сверхчистых материалов, а также методов электронно-ионной технологии и диагностики поверхности.

Под руководством И.В. Закурдаева открылся второй филиал кафедры, на этот раз в НИТИ. Кафедрой в те годы были установлены связи с зарубежными научными центрами, например с Нюрнбергским Университетом (Германия), куда профессор А.С. Арефьев в 1994 г. выезжал для чтения лекций и проведения научной работы, в 1998 г. Профессор Клаус Франк посещал кафедру ПЭл. С 1996 года на базе кафедры регулярно каждые два года проходили Всероссийские конференции по физике газового разряда, в которых принимали участие ученые ближнего и дальнего зарубежья. Сотрудники кафедры активно выступали с докладами о результатах исследований не только на этих конференциях, но и на многих зарубежных симпозиумах.

Усилиями трех первых заведующих кафедрой сформировались главные научные направления. Кафедра провела более 30 хоздоговорных НИР и ОКР с предприятиями электронной промышленности. Результаты работ были внедрены в производство, использованы КБ, НИИ, «Электронная техника», «Радиотехника», «Электроника», ПТЭ, «Известия вузов», в межвузовских сборниках, научно-практические результаты работ закреплены авторскими свидетельствами на изобретения.

Новая веха

В настоящее время научные интересы кафедры промышленной электроники связаны с областями физики газового разряда, сильноточной электроники, динамической масс-спектрометрии, сканирующей туннельной и силовой атомной микроскопии, информационных технологий, аналитического приборостроения, методов эффективного теплоотвода от устройств РЭА. Под руководством нынешнего заведующего кафедрой профессора Виктора Сергеевича ГУРОВА были переоборудованы лаборатории по схемотехнике и ТОЭ, кафедра ПЭл стала занимать лидирующее место в РГРТУ по привлечению внебюджетного финансирования.

Кафедра ПЭл считается одной из самых успешных в университете по подготовке научных кадров. Преподавательский состав по-прежнему пополняется за счет собственных выпускников. Так на кафедре начали работать С.А. Круглов, А.А. Дягилев, А.А. Сережин, Г.П. Гололобов, А.Н. Фокин. Среди известных выпускников кафедры ПЭл Елена Ивановна Буняшина – министр образования Рязанской области, Валентина Николаевна Иванова – судья арбитражного суда Рязанской области.

Под руководством преподавателей студенты активно участвуют в НИР. Наряду с традиционной учебной литературой регулярно разрабатываются электронные учебники, пособия, тесты, лабораторные работы, которые помогают студентам освоить учебный материал. Ежегодно преподаватели принимают участие в стажировках, в том числе и международных.

Лекционные аудитории кафедры промэлектроники оснащены мультимедийной аппаратурой, лаборатории – современным оборудованием. Кафедра регулярно выигрывает конкурсы на гранты Российского фонда фундаментальных исследований, Министерства образования и науки РФ, администрации Рязанской области.

Только цифры

За 2009-2013 годы 7 молодых сотрудников кафедры стали победителями программы «УМНИК». Ежегодно на кафедре защищают 1-2 кандидатские диссертации. В период с 2010 по 2011 годы были защищены 2 докторские диссертации. На кафедре работают 5 профессоров, 10 доцентов, 1 старший преподаватель и 1 ассистент. Ежегодно на кафедру приходят порядка 4 аспирантов и соискателей. За последний год объем научных грантов, полученных кафедрой, составил более 9 млн. рублей.

Общее фото преподавателей кафедры. Наши дни

Из воспоминаний коллег о заведующих кафедрой

Рассказывает старший научный сотрудник Н.М. Анитов:

«…Александр Андреевич Николаев приехал к нам, молодым ученым, с научным и практическим опытом работы из г. Фрязино. Его отличала исключительная увлеченность предметом. У доски, с мелом и тряпкой в руках, он напоминал вдохновенного шамана. Студенты, которым посчастливилось слушать лекции Николаева, сохранили романтические чувства к элементарным процессам в плазме и математическим методам исследований».

…Александр Сергеевич Арефьев, находясь на службе в армии, получил ученую степень кандидата технических наук благодаря поразительной работоспособности и целеустремленности. А во время учебы в аспирантуре ЛЭТИ окончил Ленинградскую консерваторию по классу фортепьяно, выступал с концертами в России и за рубежом. Его коллеги вспоминают: «Мы с гордостью и доброй улыбкой шутили: талантливый музыкант-пианист защитил диссертацию в танке», «Многие достижения каф.ПЭл, установление тесных связей с промышленностью, авторитет среди специалистов и популярность среди абитуриентов связаны с деятельностью Александра Сергеевича».

Сотрудники кафедры ЭТТ:

«Будучи аспирантом, Игорь Васильевич Закурдаев дневал и ночевал в 108-й лаборатории на ул. Циолковского, занесённый туда «электронным ветром». Мы глубоко уважали его за умение воспитывать студентов, за то, что в сложное для науки время, освоив туннельный микроскоп, сумел удержаться на передовых позициях и стал в РРТА пионером в исследовании квантовых точек и нанотехнологий».

От автора

Изучив историю создания и развития кафедры, узнав о достижениях ее выпускников, оценив преимущества обучения по этой специальности, пообщавшись со многими преподавателями, я могу без толики сомнения и иронии сказать: «ПЭл — кафедра моей мечты!». Хотелось бы пожелать всем сотрудникам успехов в работе и новых открытий. Продолжайте писать историю кафедры своими достижениями! А студентам посоветую в будущем гордо нести звание «выпускник кафедры ПЭл».

Ирина Легаева, гр. 024.

За помощь в подготовке статьи автор выражает благодарность: Н.М. Верещагину, В.А. Коротченко, Е.В. Мамонтову, И.Н. Ермолову, С.А. Круглову, О.В. Киреевой, А.А.Николаеву. Отдельную благодарность с пожеланиями крепкого здоровья и долгих лет жизни автор адресует Александру Сергеевичу и Татьяне Анатольевне Арефьевым.

Для подготовки статьи были использованы материалы из книги В.П. Миловзорова «От института к академии», Рязань 1997 г. и научно-технического журнала «Вестник РГРТА», вып.9, Рязань, 2001 г.