Сергей Ивановский. Итак, всем добрый день. Мы в нашей студии приветствуем ещё раз Григорьева Андрея Дмитриевича. Андрей Дмитриевич, добрый день.
Андрей Григорьев. Здравствуйте.
Сергей Ивановский. Сразу мы поясним следующее – что мы делим ролик следующим образом: на 2 части – первая часть немного о жизни, вторая часть конкретно про физику, какие-то конкретные явления, и это происходит, потому что гостям невозможно часто приходить и делать отдельную встречу о жизни и отдельную встречу именно про физику, и поэтому мы пытаемся совместить. Но в названии ролика учтём и напишем, что это о жизни и об СВЧ – назовём поэтически. А.Д., давайте продолжим дальше и попробуем затронуть такую интересную тему: как воспринимается война ребёнком? Вы сказали, что вы родились до войны, и на момент начала войны вам было где-то около 3 лет, насколько я помню. Правильно?
Андрей Григорьев. Четырёх.
Сергей Ивановский. Четырёх лет. Расскажите, пожалуйста, как вообще вы узнали, наверное хорошо помните объявление и прочее?
Андрей Григорьев. Нет, я должен сказать, что родился я в Ленинграде тогдашнем, это было в 1937 году, жили мы на Петроградской стороне, на улице Плуталовой, и честно говоря, вот Л.Н. Толстой говорил, что он помнил, как его крестили во младенчестве, я, конечно, этого не помню, хотя, правда, меня тоже крестили, но я этого совершенно не помню и вообще мало что помню из довоенной жизни. Отдельные воспоминания, конечно, есть: помню, улицу, на которую выходил наш дом и где мы гуляли, что она была вымощена булыжником, здания какие-то, но это, в общем, не более, чем отрывочные воспоминания. И что касается начала войны, то вот этого я тоже не помню: что объявление, там, 22 июня – это я не помню, зато я помню, как нас бомбили. Дом, который был напротив нас на Петроградской стороне, разбомбили, и вот приехали машины пожарные, тушили пожар, и вот этот сон с пожарными машинами, с тушением пожара мне долго потом время от времени снился, как кошмар какой-то, иногда, в течение многих лет этот сон-воспоминания.
А потом что я ещё более хорошо помню – это как мы эвакуировались из Ленинграда. Тоже дату я не помню, но, видимо, это было в самом конце перед самым началом блокады, потому что мы на поезде ехали, с матерью и бабушкой я эвакуировался. Отец у меня оставался здесь, он записался добровольцем на фронт. Потом, правда, поскольку он работал в Горном институте, ему дали бронь, поэтому на фронт он не попал. А мы с бабушкой и с матерью поехали на поезде, нас отправили в Восточно-Казахстанскую область, и ехали мы туда целый месяц, наверное. В пути нас бомбили, я хорошо помню – это было около станции Николо-Полома, недалеко от Ярославля. Мы выбежали из поезда, там лежали в овраге каком-то, в кустах, но, слава Богу, обошлось без потерь. Потом снова загрузились в поезд и поехали дальше. Потом у меня мать заболела дизентерией в поезде, и её должны были снять, как заразную больную. Бабушка её там скрывала, эту болезнь, как-то, в общем, удалось сделать так, что её не сняли, в результате мы благополучно доехали до места назначения. Сначала мы жили там в Усть-Каменогорске, потом мать нашла работу на ферме недалеко от этого города, она по специальности химик и в лабораторию попала, которая качество молока контролировала. Вот одно время мы там жили, в сельском доме, выращивали кабанчика себе, но когда он вырос, мы не могли его зарезать.
Сергей Ивановский. Жалко было, да?
Андрей Григорьев. Жалко было, и пришлось его продать.
Сергей Ивановский. Ну т.е. жизнь текла, в принципе, я так понимаю, своим чередом, т.е. нужно было искать работу самостоятельно…
Андрей Григорьев. Конечно, было голодно. Потом из этой деревни мы переехали в другую деревню – Белоусовку, там тоже мать работала на ферме в химической лаборатории, тоже там качество молока… Жили мы там в коровнике, выделили нам такую клетушку рядом с быком – через перегородку бык стоял, копытом стучал по этой перегородке.
Сергей Ивановский. Утепляли как-то это место, да, обживали?
Андрей Григорьев. Это коровник, там было всё-таки достаточно тепло. Вот там мы прожили с 1942 года по 1944 год, даже по 1945-ый.
Сергей Ивановский. А с отцом связь какая-то была? Т.е. вы сказали, что отец-то остался в Ленинграде.
Андрей Григорьев. Да.
Сергей Ивановский. Вы переписывались?
Андрей Григорьев. Была связь, да. Он остался в Ленинграде, потом он эвакуировался уже по Дороге Жизни и в Свердловске оказался, и вот там он работал в свердловском Горном институте, но связь была, конечно. Но, конечно, было очень голодно, мы там бегали, собирали какие-то луковицы диких растений, ели, ещё чего-то ели. В общем, было довольно голодно, несмотря на то, что жили, вроде, на ферме, но ни молока, ни мяса мы, конечно, не видели с этой фермы. Единственное, что иногда нам доставалось – это, извините, бычьи яйца.
Сергей Ивановский. Понятно, супер-деликатес.
Андрей Григорьев. Да, их варили. Потом, правда, стало получше, потому что и до нас даже в такую глухомань дошёл этот лендлиз – продукты. Тушёнку, правда, мы не видели, но яичный порошок был, какие-то ещё там продукты были, тушёнка иногда, очень редко, но тоже попадалась. Потом стали вещи появляться, скажем, мать получила из Америки такую очень красивую, на мой детский взгляд, кофточку – какая-то вся в полосках, разноцветная была. Но самое интересное было: мы, там, мальчишки – появились американские машины: «Виллис», потом там «Додж» грузовая машина. Мы за ними бегали, смотрели на них. Т.е. даже вот в такой глуши этот лендлиз мы почувствовали, и в общем, потом легче стало. Ну а зимой, конечно, катались на лыжах самодельных, летом я там научился на лошади ездить, правда, лошадь меня скидывала пару раз.
Сергей Ивановский. Без травмы?
Андрей Григорьев. Да.
Сергей Ивановский. Хорошо.
Андрей Григорьев. Как-то обошлось. Ну а потом уже в конце 1945 года вернулись обратно в Ленинград, и отец вернулся в Ленинград, и там уже я поступил в школу, сразу во 2-ой класс.
Сергей Ивановский. А вот пока жили там, в Казахстане, получается, там атмосфера какая была – помните, не помните? Т.е. не всегда же всё минорно, судя по тому, что катались на лыжах, на лошади пытались…
Андрей Григорьев. Да, но знаете, я хорошо помню один эпизод: от нас недалеко проходила железная дорога, и вот однажды зимой, это был, наверное, 1944 год, мне было тогда 6 лет, останавливается поезд с теплушками, длинный поезд, посреди степи прямо, и оттуда, из этих теплушек, выскакивает множество людей, немножко их отогнали, и они начинают себе рыть землянки в этой мёрзлой земле. Это были депортированные в Кавказа, не знаю уж, с Чечни или из Ингушетии, или ещё откуда-то, но вот эти депортированные. К весне половины их уже не было, половина умерла из них, мы видели, как их хоронят. Это жуткое было зрелище, даже мы, дети, и то…
Сергей Ивановский. Понимали, да?
Андрей Григорьев. Да, смотрели на это с ужасом. Вот, такое было. А так, конечно, дети есть дети – бегали, играли. Там у нас посреди этой деревни Белоусовки была такая лужа, которая нам была по шейку, на улице прямо на центральной. Вот мы в этой луже купались.
Сергей Ивановский. Понятно – развлекались, как могли, да? Понятно. А потом, когда уже в Ленинград вы вернулись?
Андрей Григорьев. Ну, когда в Ленинград вернулись, там началась уже, конечно, жизнь другая: школа…
Сергей Ивановский. А как город отстраивался, помните, не помните?
Андрей Григорьев. Конечно, помню, потому что мы вернулись – нам дали жильё на Васильевском острове, там наш дом дореволюционной постройки был, он был целым, а слева от дома и справа от дома были руины. И кроме того, на Васильевском до войны было много деревянных домов – эти все деревянные дома тоже исчезли, потому что их все на дрова разобрали, поэтому было много пустырей. На этих пустырях мы тоже играли, бегали. Но в целом, вроде, жизнь была более-менее нормальная. Конечно, с питанием было не очень хорошо, по карточкам там всё было, доставать приходилось. Потом постепенно так более-менее наладилось. В школе тоже это – школы тогда были отдельные: мужские и женские, я учился в мужской школе, 5-ая школа она называлась, на Васильевском на 14-ой линии. Уже потом, много позже, уже, наверное, лет 20 тому назад выяснилось, что, оказывается, это была школа Мая – известная такая школа, которую основал Май – такой известный педагог.
Сергей Ивановский. Не слышал.
Андрей Григорьев. Построено для неё было специальное здание, там на каждом этаже был актовый зал, физкультурный зал. Мы, конечно, этого не знали, нам этого не говорили но школа была хорошая, классы просторные и вот эти залы, на переменках можно было там бегать, играть.
Сергей Ивановский. А вот всё равно вы в итоге-то стали преподавателем сами, такого достаточно высокого уровня, а как вот вы оцениваете обучение послевоенное – то, чему вас учили по предметам, и, допустим, вот после – всё равно же со студентами сталкиваетесь постоянно.
Андрей Григорьев. Где – в школе?
Сергей Ивановский. В школе и, может быть…
Андрей Григорьев. Я скажу: в школе, честно говоря, мне с сегодняшних позиций, да и с тогдашних тоже, мне не очень нравилось, как нас учили, учителя сами.
Сергей Ивановский. Почему?
Андрей Григорьев. Скажем так: вот у нас была учительница истории, которая была одновременно нашим классным руководителем, была завуч, которая преподавала у нас русский язык и литературу – это было всё, конечно, очень идеологизировано, и это даже мы в 6-8-9 классе уже чувствовали. Это первое. Что касается точных наук: физика, математика – конечно, нам давали в большом объёме эти дисциплины, но учителя были, так скажем, не очень хорошие, потому что мне, например, от них мало что было взять, потому что я как-то самостоятельно до всего доходил, тем более что радиолюбительством занимался и специальную литературу читал, в математике разбирался. Сейчас в школе преподают основы высшей математики, там, интегральное, дифференциальное исчисление, тогда этого не было, пришлось это самостоятельно изучать.
Сергей Ивановский. Ну, насколько я помню, тогда 9 лет же учились?
Андрей Григорьев. 10.
Сергей Ивановский. 10 лет? А, тоже 10?
Андрей Григорьев. Десятилетка была. Там были школы-семилетки и десятилетки. 7 лет – неполное среднее образование, и можно было после 7-летки идти ещё 3 года учится в 10-летке. У нас школа была 10-летка, поэтому там автоматически мы из 7-го попадали в 8-ой, но в 8-ой класс к нам добавили ещё из других вот этих вот 7-леток ещё несколько человек.
Сергей Ивановский. Ну так послевоенное время – может быть, не так просто преподавателей подобрать было определённого уровня. Тоже на это скидку делать надо.
Андрей Григорьев. Ну конечно, да, потому что многие преподаватели – это были бывшие военные, бывшие офицеры, и, возможно, что знаний у них было не очень много.
Сергей Ивановский. Но тем не менее, кому-то же надо было.
Андрей Григорьев. И многие ребята наши, из нашего класса, почувствовали на вступительных экзаменах уже в институт, что чего-то не хватало.
Сергей Ивановский. Ну т.е. а вы, получается, справились просто потому, что сами много занимались, да?
Андрей Григорьев. Ну, во-первых, сам, а во-вторых, у меня медаль была, а с медалью тогда без экзаменов принимали.
Сергей Ивановский. А, понятно. А вот если… ну мы в прошлый раз немножко поговорили про школьный период, а вот если вернуться именно к университету и непосредственно к ЛЭТИ: т.е. вы поработали немножко в Физтехе в своё время, но потом всё-таки вернулись в ЛЭТИ, и вы вот сразу попали на кафедру, которую, собственно говоря, сейчас представляете, или не сразу?
Андрей Григорьев. Я расскажу, как это было: после окончания института меня направили в Физтех, как одного из лучших студентов, фактически из нашего выпуска я один туда попал, а у нас было 8 групп тогда выпуск факультета электронной техники. Ну вот 2 года я поработал в Физтехе, и я понял, что в той лаборатории, куда я попал, мне там делать нечего – такой у нас был начальник. Начальник был Наум Моисеевич Рейнов такой, ну, своеобразный человек, так осторожно скажем. Я попытался перейти в другую лабораторию, но этот самый Наум Моисеевич категорически мне в этом отказал, а без согласия начальника перейти в другую лабораторию тогда было невозможно. Тогда я вообще уволился из Физтеха, пошёл работать на предприятие п/я 917, там и зарплата была побольше, и работа интересная, связанная с СВЧ. А там меня нашёл преподаватель с нашей кафедры, на которой я кончал и у которого я писал диплом – Евгений Георгиевич Волков. На какой-то конференции я там уже делал доклад от предприятия, ну и он предложил мне идти в аспирантуру на кафедру, и я согласился, и не проработав и года в этом «ящике», я вернулся на кафедру. Вот с тех пор там я в институте. Это произошло в 1962 году, и вот с 1962 года я там, сначала учился в аспирантуре, а потом с 1966 года уже работал.
Сергей Ивановский. И это получается, что основная направленность – это СВЧ и всё вокруг этого, да?
Андрей Григорьев. Да.
Сергей Ивановский. А можете тогда рассказать вот этот самый интересный период, потому что, насколько я знаю, тогда же период развития вакуумных приборов был достаточно мощный, и получается, что кафедра-то была такой ведущей, так сказать.
Андрей Григорьев. Я должен сказать, что кафедра наша – это кафедра радиотехнической электроники факультета электронной техники, он тогда так назывался, сейчас он называется факультет электроники. Наша кафедра была основана в 1946 году и с тех пор одна из немногих кафедр нашего университета, которая не меняла своего названия – так вот, как радиотехнической электроники, она основана была, так она до сих пор и существует. Основал её крупный учёный Юрий Абрамович Кацман, и на нашей кафедре он организовал лабораторию, которая занималась разработкой мощных вакуумных приборов СВЧ – клистронов, и в 1952, 1953, 1954 годах на нашей кафедре были созданы первые в России мощные клистроны непрерывного действия – скажем, клистрон с выходной мощностью 1 кВт в непрерывном режиме, это было большое достижение тогда, с рабочей частотой около 3000 МГц. Ну и импульсные клистроны с выходной мощностью около 50 кВт. Вот это было впервые сделано в России. Затем, конечно, всё это было передано в промышленность, технология усложнялась, мы уже на кафедре не могли угнаться за современной технологией.
Сергей Ивановский. А вот вопрос: а там вы прямо сами изготовили или вы рассчитали, сделали чертежи и отдали в производство? Как этот сам процесс проходил?
Андрей Григорьев. Нет, сделали сами.
Сергей Ивановский. Вообще сами?
Андрей Григорьев. У нас на кафедре была и механическая мастерская, и т.н. откачка, где мы могли откачивать, тренировать эти приборы, испытывать их, подавать там на них питание, испытывать, т.е. полный цикл вплоть до готового прибора, который мы сдавали заказчикам. Меня тогда ещё не было, правда, я ещё только там учился.
Сергей Ивановский. Понятно, ну вот тем не менее всё равно интересный момент – чуть-чуть поподробнее про сами приборы тогда, которые были изготовлены, и куда они дальше поступили, что они дальше делали, т.е. каков, действительно, вклад кафедры в глобальном таком масштабе?
Андрей Григорьев. Клистроны, я уже на прошлой беседе говорил немножко об этом – это такой прибор, который, в отличие от обычных электронных ламп, может работать на очень высоких частотах, потому что там используется т.н. принцип динамического управления электронным лучом, в отличие от статического управления, который используется в обычных электронных лампах. В обычной электронной лампе имеется катод, имеется управляющая сетка т.н., на сетку катод испускает электроны, электроны имеют отрицательный заряд. Если на сетку подать положительное напряжение, эти электроны притягиваются сеткой, пролетают сквозь неё и дальше попадают на анод. Если подать отрицательное напряжение на сетку, электроны не проходят через эту сетку, ну или меньше проходят, скажем. В результате после сетки получается модулированный по плотности электронный поток в виде сгустков и разряжений, и этот электронный поток возбуждает выходной колебательный контур, который соединён с анодом, лампой, и в нём возбуждаются усиленные колебания. Но дело в том, что вот это расстояние между катодом и стекой электроны проходят с маленькими скоростями, и длительность их пролёта в этом промежутке может быть сравнима с периодом высокочастотных колебаний, и пока они там летят между катодом и стекой напряжение успевает изменить свой знак – вместо того, чтобы их притягивать, оно начинает их отталкивать, и в результате усиление пропадает, эффект пропадает.
В клистроне делается по-другому: там сначала электроны ускоряются до больших скоростей, а потом они проходят через промежуток, в котором существует высокочастотное напряжение. Они проходят этот промежуток с большой скоростью, поэтому то же самое расстояние они проходят за гораздо меньшее время, и соответственно, это время оказывается много меньше, чем период, и действие вот этого переменного напряжения получается, как надо. По вы ходу из этого зазора электроны оказываются модулированы по скорости, одни движутся немножко быстрее, те, которые прошли этот промежуток, когда там действовало положительное напряжение, а другие немножко медленнее, и дальше они по инерции сохраняют эти свои скорости, и в результате те, которые прошли и имеют более быстрые скорости, они начинают догонять более медленные электроны, и тоже образуются уплотнения, сгустки – как я уже говорил, как машины на шоссе, когда там одна машина медленнее других идёт. Вот эти сгустки попадают в зазор другого резонатора и возбуждают в нём усиленные колебания. Вот такая очень упрощённая схема работы этого клистрона, и поскольку время пролёта там маленькое из-за высоких ускоряющих напряжений, он может работать на достаточно высоких частотах.
Этот прибор был изобретён в 1937 году братьями Вариан в Америке, ну и с тех пор до сих пор он всё совершенствуется.
Сергей Ивановский. Ну а вот в 50-е годы на кафедре, получается, уже была какая-то вариация на эту тему?
Андрей Григорьев. Да, в 50-е годы у нас ещё была возможность делать приборы, не только клистроны, но и другие. У нас зав. кафедрой в то время был профессор А.Д. Сушков, он занимался созданием генераторов сверхкоротких импульсов, потому что вот эти самые сгустки электронные, которые создавались в результате воздействия на электронный поток первого резонатора, их можно было пропускать не через резонатор, а через, скажем, непосредственно возбуждать линию передач, и тогда получался очень короткий импульс. И вот эти генераторы сверхкоротких импульсов Александр Данилович создал, мы их делали тоже полностью сами, и он на этом деле докторскую диссертацию защитил в своё время. Но потом стало трудно соревноваться уже с промышленностью в технологическом плане, потому что мы не могли обновлять своё технологическое измерительное оборудование, у нас не было просто средств для этого. Поэтому кафедра перешла на моделирование, вместо того, чтобы разрабатывать эти приборы, мы перешли на моделирование процессов. Это было уже в конце 50-ых годов, появились первые вычислительные машины, и вот на этих первых вычислительных машинах мы уже начали писать программы, моделировать. Сейчас трудно представить себе, что это такое, но мы первые программы писали в машинных кодах.
Сергей Ивановский. Ну вот чтобы немножко пояснить: мы чуть-чуть в конце прошлой беседы об этом говорили – моделирование имеется в виду электромагнитного поля, т.е. где его…
Андрей Григорьев. Не только электромагнитного поля.
Сергей Ивановский. Но и самих приборов…
Андрей Григорьев. Электромагнитного поля – это одна сторона… В приборе вообще, в этом электровакуумном приборе 3 основные системы: первая система – это та, которая создаёт электронный луч, транспортирует его через рабочее пространство, и дальше этот луч нужно, эти электроны отработавшие нужно собрать. Это т.н. электронно-оптическая система. Вторая система – это электродинамическая система, которая создаёт электромагнитное поле, воздействующее на электронный луч, и наоборот отбирает энергию от этого луча. Это электродинамическая система. Это две системы, а третья – это процесс взаимодействия электронного пучка с электромагнитным полем. Вот 3 таких составных части, и соответственно, у нас образовалось 3 научных группы, которые занимались моделированием вот этих процессов.
Профессор С.И. Молоковский такой у нас был, он занимался как раз электронно-оптическими системами и разработкой программ для моделирования вот этого процесса прохождения электронного потока от катода и до коллектора, сборщика отработанных электронов. Е.Г. Волков, мой руководитель, и я – мы занимались электродинамикой: вот резонаторы, замедляющие системы, электромагнитные поля в этих системах, расчётом этих электромагнитных полей. А вот А.Д. Сушков и группа под его руководством занимались процессами взаимодействия, как там… Это надо было решать уравнения движения электронов в присутствии этих электромагнитных полей, и т.д.
Сергей Ивановский. Ну, это серьёзная математика.
Андрей Григорьев. И вот всё это делалось уже тогда, в конце 50-ых – начале 60-ых годов на вычислительных машинах, которые тогда были – это занимали целые комнаты, а память у них была куриная, но чего-то удавалось тогда сделать. И постепенно вот…
Сергей Ивановский. Хочется немножко для зрителей сделать оговорку: вот сейчас упоминались 2 человека, которых мне лично удалось ещё застать – Молоковский и Сушков А.Д. Александр Данилович читал нам «Вакуумные приборы», а как раз таки Молоковский читал «Клистроны», «Магнетроны», уже такие более сложные вакуумные приборы. Это был 2006 год, и, к сожалению, с этого времени там люди уже ушли из жизни. Т.е. если бы чуть-чуть раньше можно было сделать такую тематику в интернет-пространстве, возможно, мы бы могли ещё с ними дополнительно о чём-то поговорить, но, к сожалению, люди вот уходят, и поэтому большая удача, что к нам приходят сейчас такие люди, как Андрей Дмитриевич, Александр Иванович, поэтому сильно просим в комментариях не ругаться – слава Богу, что мы можем разговаривать на эти темы и вспоминать вот эти вопросы: как вообще развивалась наша электронная промышленность, электронная техника. Поэтому давайте продолжим. Получается, вот это у нас основные 3 системы, связанные с моделированием. Но моделирование – это всегда, насколько я понимаю, это такая достаточно серьёзная математика на границе с физикой, да?
Андрей Григорьев. Да.
Сергей Ивановский. Вот расскажите, пожалуйста, немножко про это, потому что не всегда понятно, что это значит: т.е. это, действительно, решение определённого рода уравнений, это очень серьёзная подготовка математическая, и получается, что здесь уже на грани с теоретической физикой идут вопросы, да, и дальше результаты уже передаются физикам-практикам для проверки и там уже конструирования непосредственно приборов? Вот чуть-чуть разверните нам, пожалуйста, вот эту тему.
Андрей Григорьев. Ну, что здесь можно сказать: действительно, сейчас математика играет очень большую роль, не только как самостоятельная дисциплина, но как основа для теоретической физики. И сейчас выделилась самостоятельная область физики – т.н. вычислительная физика, потому что физика и математика настолько переплелись, что их уже разделить практически невозможно, и говорят, что физики-теоретики – это по существу математики. Особенно это справедливо для квантовой механики, для астрофизики, потому что там кроме как математическим анализом трудно что-то сделать – мы не можем взять звезду и что-то с ней сотворить, мы можем только наблюдать её и строить какие-то модели и смотреть, соответствует динамика развития это модели тому, что происходит а реальности, или нет, и на этом основании говорить, правильная эта модель или неправильная. То же самое, ну может быть, не в таком глобальном масштабе, происходит и в области электроники, и в области полупроводниковой электроники, и в области вакуумной электроники. Сейчас очень большая роль отводится моделированию процессов, которые происходят в полупроводниках, в вакууме, в плазме и в других средах – там, скажем, сейчас в металлах рассматриваются такие возмущения, как плазмоны – это волны-носители зарядов в металле, которые проявляются в оптическом диапазоне. Рассматривается поведение новых материалов, как искусственных, так и естественных, скажем, таких материалов, как мета-материалы, которые в последнее время… это искусственные материалы, обладающие необычными свойствами. Но это отдельная тема для разговоров. Есть такой очень интересный материал графен, например – это разновидность графита, который представляет собой плёнку толщиной 1 атом. Эти атомы…
Сергей Ивановский. Толщиной 1 атом?
Андрей Григорьев. 1 атом, одноатомная плёнка…
Сергей Ивановский. Т.е. это что-то там – 1 ангстрем, да? Сколько…?
Андрей Григорьев. Нет, это, скажем, 1 нанометр, 10 ангстрем. Ну, 5-10, в общем, 1 атом.
Сергей Ивановский. 〖10〗^(-10) метра получается, да?
Андрей Григорьев. Да, 〖10〗^(-9) - 〖10〗^(-10) метра.
Сергей Ивановский. Потрясающе!
Андрей Григорьев. Этот графен был открыт… он, собственно, открыт-то был ещё в 60-е годы, но никто не мог его реально получить, и придумали способ его получить наши бывшие советские учёные Гейм и Новосёлов, которые работают в Бирмингемском университете сейчас в Англии, за это они Ленинскую… т.е. не Ленинскую, а Нобелевскую премию получили.
Сергей Ивановский. Близкую по статусу, да?
Андрей Григорьев. Да. Извините. И вот этот графен имеет очень большие перспективы, как материал новый для использования в электронике, в высокочастотной и сверхвысокочастотной электронике. Но это опять-таки отдельная тема. А в вакуумной электронике тоже процессы ведь очень сложные: эти электрончики, которые там летают, они ведь друг от друга отталкиваются, как одноимённые заряды, и собрать их вместе и сделать так, чтобы они прошли таким лучом тонким достаточно большое расстояние, очень трудно, но возможно. Это всё делается, но делается на основе математических моделей, т.е. мы сначала моделируем, и только потом делаем макет и испытываем. И вот это моделирование экономит и время, и средства, потому что макет дорого стоит, изготовить его, если делать это вот так, методом тыка, то приходится делать много макетов, а это затраты и времени, и средств. А если мы всё промоделируем и потом уже окончательный вариант только воплотим в металле, это получится, что нам нужно 1, ну максимум 2-3 макета сделать, чтобы получить нужный результат. Поэтому моделирование – это такая очень важная область, но тут, конечно, есть всякие подводные камни, которые связаны с тем, насколько адекватна эта модель тем процессам, которые реально происходят в среде материально. И для того, чтобы вот эта адекватность сохранялась, нам нужно всё более сложные модели создавать, а это требует больших вычислительных ресурсов. Но слава Богу, что у нас вот эти вычислительные ресурсы: скорость вычисления и объём памяти – они растут быстро, закон Мура т.н. действует ещё пока, и поэтому мы справляемся, и сейчас достаточно точные модели существуют, которые позволяют рассчитывать реальные системы – скажем, я говорю про электродинамику, она мне ближе всего. Реальные модели с различными материалами – и металлами, и диэлектриками, и с излучением во внешнее пространство – в общем, адекватные такие модели, которые всё-таки мы можем просчитывать за разумное время – скажем, на хорошем персональном компьютере это занимает минуты или десятки минут.
Сергей Ивановский. А как, получается, в 90-е годы достаточно же непростая ситуация была, в т.ч. и с вычислительными мощностями, вообще с финансированием – как переживали вот эти процессы перестройки, и 90-е, и проч.?
Андрей Григорьев. Я на это скажу следующее: вот эти трудности, о которых вы говорили, начались раньше – они начались ещё в конце 70-ых годов, ещё когда жив был СССР, но уже тогда средств на перспективные разработки оказывалось всё меньше и меньше. Естественно, что тогда и вычислительные машины были малодоступны. Мы арендовали вычислительные машины в различных организациях, ходили по ночам туда считать, или там прибегаешь в наш вычислительный центр, там всё расписано по 10 минут – 10 минут что-то поделаешь, ничего не успеваешь сделать, а тебя уже просят выйти. В общем, проблемы были, конечно, и надо сказать, что уже с начала 70-ых годов начался т.н. застой, и наука как-то стала уходить для наших руководителей на 2-ой и на 3-ий план. Поэтому идеализировать это время советское, я думаю не стоит, по крайней мере, в нашей области.
Сергей Ивановский. Ну, были взлёты, были и падения, но какие-то вещи упускались в т.ч., да?
Андрей Григорьев. Да, одно время вот, скажем, в 60-е годы, действительно, там быстро развивалось в ширь, по крайней мере, возникали новые НИИ, в частности, тот, в который я из Физтеха перешёл, которые занимались устройствами и т.д. Но и в то время мы, конечно, во многих областях отставали от Запада существенно, особенно в области полупроводниковой электроники, в области кибернетики, конечно, которая была под запретом долгое время. Так что идеализировать вот это время не стоит.
Сергей Ивановский. Понятно.
Андрей Григорьев. Потому что я прожил при советской власти большую часть жизни, и я скажу, что нет… Я уж не говорю о том, что вообще продукты исчезли, на полках же ничего не было, пустые были полки, причём это началось ещё при советской власти. Ещё в Москве, Ленинграде ещё что-то было, а в провинции вообще ничего не было. В Поволжье, я часто там был в командировке – в Саратове, например, в 80-ых годах там уже были талоны на мясо, на что… И недаром говорят, анекдот такой: что такое длинное, зелёное, пахнет колбасой? Не знаете?
Сергей Ивановский. Не знаю.
Андрей Григорьев. Электричка.
Сергей Ивановский. Понятно. Ну вот а если возвращаться именно к науке: как двигались-то тогда, как справлялись с трудностями, что делали тогда? Т.е. профиль-то, получается, вычислительные системы, решение, построение моделей?
Андрей Григорьев. Да, тогда персональных компьютеров не было, были большие вычислительные машины – на них работали, ну вот удавалось. Что-то было у нас в институте – вычислительный центр (ВЦ) там был, стояли машины там «Минск-32» - это аналог IBM-370. Арендовали время, тогда это принято было, в Гостином дворе стоял, там был ВЦ для торговли, там стояла вычислительная машина БЭСМ, наша отечественная, вот там ночью туда приходили, на ночь, считали там. Вот так вот.
Сергей Ивановский. А вот дальше профиль уже, если подходить ближе к настоящему, т.е. когда уже стали появляться вычислительные машины такие, на которых уже можно более-менее считать, тогда как, куда направление движения кафедры, развитие как было?
Андрей Григорьев. Ну а тогда, понимаете, всё определялось вычислительными ресурсами – памятью и производительностью. Естественно, мы принимали, брались за те задачи, которые реально можно было решить, и скажем, в конце 80-ых годов под моим руководством была разработана такая программа «Азимут» - это расчёт электромагнитного поля в аксиально-симметричных резонаторах, которая была внедрена в большинстве предприятий электронной промышленности СССР, и в некоторых предприятиях они до сих пор работает. Конечно, те программы отличались от сегодняшних, прежде всего интерфейсом, потому что тогда не было экранов, на которых всё это можно было изобразить, и в виде графиков, и в виде каких-то диаграмм, а это были полосы бумажные с миллионом цифр, в которых ещё надо было разбираться. Ну вот так вот, но постепенно появились сначала одни машины, потом другие машины. Мы адаптировались к этому, новые делали программы, новые интерфейсы современные, и вот сегодня там программа RFS, о которой я уже рассказывал, отвечает современным требованиям всем – это имеется графическая оболочка, имеется вычислительное ядро, имеется т.н. постпроцессор, который выводит информацию в нужном для тебя виде или сохраняет её в файлах, и т.д.
Сергей Ивановский. Ну т.е. получается, RFS – это программа для расчёта электромагнитных полей именно в антеннах, да, или она шире?
Андрей Григорьев. Нет, она универсальная программа, она может рассчитывать поля и в волноводах, и в резонаторах, и поля антенн, и поля, скажем, которые возникают в различных телах, в т.ч. в голове человека под действием того же мобильного телефона.
Сергей Ивановский. Ну там очень было интересно людям всё-таки более подробно узнать, с медицинских каких-то точек зрения, как электромагнитное поле воздействует на мозг, на клетки и прочее, но я думаю, что мы, наверное, не сможем ответить на этот вопрос, или сможем? Ну такой сложный момент, это, наверное, больше к медикам, да?
Андрей Григорьев. Я бы несколько слов всё-таки сказал.
Сергей Ивановский. Давайте тогда, если сможете, давайте!
Андрей Григорьев. Как вообще воздействует электромагнитное излучение на вещество? Воздействие электромагнитного излучения на вещество прежде всего зависит от энергии кванта этого излучения: если эта энергия достаточна для того, чтобы ионизировать атом или молекулу, это т.н. ионизирующее излучение, и оно может сильно повредить, скажем, биологическим объектам, потом…
Сергей Ивановский. Можно вмешаться? Давайте тогда немножко, может быть, совсем сначала: т.е., грубо говоря, тело человека – это набор химических элементов, так вот если совсем примитивно. Клетки – это такие минимальные уже такие образования какие-то.
Андрей Григорьев. Ну а клетки из молекул состоят.
Сергей Ивановский. Да, клетки из молекул, и там у нас в организме присутствуют вот эти элементарные частички, о которых, собственно говоря, и идёт речь.
Андрей Григорьев. Ну, атомы, да, атомы, молекулы.
Сергей Ивановский. Да, и когда на нас светит электромагнитное поле, эти вот элементарные частички внутри, если руку ты подносишь под излучение, то там теоретически может что-то быть ионизировано, вот как…
Андрей Григорьев. Это зависит от энергии кванта – если её достаточно, чтобы это сделать, тогда это ионизирующее излучение. К ионизирующим излучениям относятся рентген и гамма-излучение, которое возникает, в частности, при атомном взрыве. И это вредные излучения, которые портят биологические ткани, поэтому рентген не рекомендуется проходить чаще, чем раз в год, например, ну вот флюорографию. А энергия кванта зависит от частоты. Частота рентгеновского, и тем более гамма-излучения, очень высокая, поэтому энергия кванта высокая. Вот когда мы переходим в более низкий диапазон – видимого света, и ещё более низкие – инфракрасное излучение, террагерцовое, микроволновое, радио – у этих всех излучений энергии уже не хватает для ионизации, это т.н. неионизирующие излучения, поэтому такого непосредственного вреда они не приносят. Но облучение любым, в т.ч. вот таким малоэнергетическим излучением, приводит к повышению температуры – за счёт поглощения излучения температура ткани повышается.
Сергей Ивановский. Ну т.е. клеточки начинают там быстрее двигаться, и т.д. …
Андрей Григорьев. Ну просто повышается температура у вас, и если эта температура возрастает сильно, то это тоже плохо, потому что белок начинает свёртываться при температуре 50˚С, поэтому, скажем, очень интенсивное радиоизлучение тоже вредно за счёт того, что происходит элементарный нагрев ткани. А вот низкоэнергетическое излучение, которое, скажем, от телефона мобильного, нагрев там происходит на какие-то сотые доли градуса, может быть, или десятые доли градуса, т.е. это тоже не влияет. Но вот тут дальше начинаются уже с медиками всякие трения и проблемы: некоторые говорят, что всё-таки излучение как-то воздействует на клетки, как-то какие-то там возникают резонансы, и за счёт этого изменяется состояние клеток, и за счёт этого, скажем, можно лечить болезни какие-то, и даже есть, скажем, в Москве, во Фрязино, были такие исследования поставлены, и даже есть такой Бедский, работник, который основал фирму, которая выпускает приборы для микроволнового лечения человека.
Сергей Ивановский. От чего?
Андрей Григорьев. От всех болезней.
Сергей Ивановский. Понятно.
Андрей Григорьев. Ну в т.ч., прежде всего, от язвы желудка, там, и ещё от чего-то. «Явь» - такой аппарат, который…
Сергей Ивановский. И что – и он работает как-то?
Андрей Григорьев. Он работает, но лечит он или нет – вот это вопрос, потому что, по их данным, он лечит от всех болезней, в чём я лично сильно сомневаюсь. Тем более, скажем, от язвы желудка, потому что вот это электромагнитное излучение СВЧ, которое генерируется этим прибором, оно не проникает глубоко.
Сергей Ивановский. А, поглощается тканями?
Андрей Григорьев. Оно поглощается уже кожей и каким-то тонким слоем жира, и как он лечит эту язву – это совершенно непонятно.
Сергей Ивановский. Т.е. на сантиметры туда глубоко, на несколько сантиметров оно просто не проходит, получается?
Андрей Григорьев. Нет. Говорят, что оно воздействует на какие-то акупунктурные точки, вот как китайцы иглы вкалывают, а тут вместо игл излучение. Но это всё…
Сергей Ивановский. Не доказуемо?
Андрей Григорьев. Да, это всё не доказано, так будем говорить. Поэтому лечебный эффект не очень понятен, но и вредный эффект тоже так же не очень понятен. Поэтому я считаю, что в малых дозах это электромагнитное неионизирующее излучение практически безвредно, хотя я, конечно, не медик, и 100%-ной гарантии дать не могу. Но мой опыт, я работаю вот сколько лет уже, полвека, наверное, с этим излучением , и жив вроде.
Сергей Ивановский. Ну, судя по всему, что вы катаетесь ещё и на лыжах, значит, оно положительный эффект должно иметь.
Андрей Григорьев. Возможно.
Сергей Ивановский. Хорошо, тогда, может быть, какую можно затронуть интересную тему: я, будучи студентом, писал диплом по измерителям скорости – это тоже такая бытовая тема. Можете нам немножечко раскрыть – вот сейчас везде у нас висят камеры, по какому принципу они работают, что происходит, эффект, наблюдаемый там, является базисным, эффект Доплера т.н. Расскажите, пожалуйста.
Андрей Григорьев. Да. Ну вот все эти измерители скорости, которые есть и у ГИБДД, ручные и на стационарных камерах, их действие основано на эффекте Доплера. Эффект Доплера – каждый из нас, наверное, с ним встречался, потому что когда вы, допустим, стоите где-то около ж/д путей, и мимо вас проносится поезд, сначала вы слышите, что звук и частота этого звука, скажем, гудок, который поезд даёт, чтобы вы сошли с путей, сначала он нарастает, а потом, как только он проходит мимо вас, его тон становится ниже. Это и есть эффект Доплера – что частота сигнала зависит от относительной скорости наблюдателя и источника звука. Вот на этом эффекте и основано действие этих радиолокационных измерителей скорости: посылается сигнал, он отражается от движущегося объекта, и в зависимости от скорости этого объекта частота принятого отражённого сигнала оказывается отличной от той, с которой был послан. И вот эта разница пропорциональна скорости, так измеряется скорость, причём довольно точно её можно измерять, потому что частоту можно измерять достаточно точно.
Сергей Ивановский. И с какой точностью вот нам приходят штрафы, допустим, вот превысил я, и мне пишут: «70 км/ч» - это вот с какой точностью, погрешность там плюс-минут?
Андрей Григорьев. Вы знаете, это зависит от аппаратуры, конечно, но, в принципе, точность порядка 1 км/ч может быть. Ну, вам даётся 20 км/ч зазора. Я езжу на 75 по городу.
Сергей Ивановский. На 75, понятно. А вот ставят антирадары, допустим – т.е. это просто приёмник, который сообщает, что тебя сейчас освещают вот этим электромагнитным сигналом, правильно?
Андрей Григорьев. Нет, значит, это просто тебе сообщают, что тебя освещают, и ты, соответственно, снижаешь скорость. Но это не антирадар, это просто детектор, а антирадар посылает сигнал.
Сергей Ивановский. Обратно?
Андрей Григорьев. Он получает, да, и посылает обратно сигнал, и он заглушает отражённый от машины сигнал, и в результате вот этот измеритель скорости не понимает, с каким сигналом работать, и выдаёт…
Сергей Ивановский. А т.е. он шлёт ещё один сигнал, получается?
Андрей Григорьев. Да, и вот эти, кстати, запрещены приборы-антирадары, которые создают помехи, фактически.
Сергей Ивановский. Т.е. это просто шумовой сигнал, который сбивает немножко?
Андрей Григорьев. Не шумовой, он там определённой частоты, которая даёт неверные показания по скорости – там, 200 км/ч, допустим, или наоборот ноль.
Сергей Ивановский. Понятно.
Андрей Григорьев. Кого-то там, я помню, в интернете было – кому-то там прислали штраф за то, что он ехал со скоростью 250 км/ч по городу, причём чуть ли не на «Жигулях».
Сергей Ивановский. Понятно. Ну т.е. средство борьбы с подобными вещами – ездить по правилам?
Андрей Григорьев. Вот ещё вешают диски, вот эти DVD-диски на стекло, которые тоже отражают, но как-то, не знаю, толку от этих дисков, по-моему, мало, честно говоря.
Сергей Ивановский. Ну может быть, расчёт на то, что они могут в сторону отразить куда-то сигнал?
Андрей Григорьев. Да-да, но всё-таки их-то площадь маленькая по сравнению с лобовой площадью машины.
Сергей Ивановский. Ну либо есть ещё дурацкое предположение – покрыть свою машину каким-нибудь материалом, который бы либо, опять же, изменял отражение, либо поглощал…
Андрей Григорьев. Или поглощал, да, но это для любителей больших.
Сергей Ивановский. Из разряда фантастики, да, такой супер-тюнинг.
Андрей Григорьев. Ну почему – можно покрыть, но будет ли такая машина ездить?
Сергей Ивановский. Ну да. Хорошо, ну так это мы развлеклись немножко, а вот мы немножко поговорили про работу клистронов, но у нас есть такие более сложные приборы, да, мы уже не успели в прошлый раз их затронуть – магнетроны. Вот давайте немножко в эту сторону пойдём, и расскажите, как вообще эти приборы развивались и в советский период, и что благодаря им мы можем сейчас иметь.
Андрей Григорьев. Магнетрон – действительно, это очень важный прибор, он наоборот более простой по сравнению с клистроном. Он состоит из 2 всего частей – это медный анод, в котором сделаны прорези, и катод, т.е. фактически это диод.
Сергей Ивановский. Т.е. это 2 металлических пластины?
Андрей Григорьев. Да, но один внутри другого, такая коаксиальная конструкция. Катод в центре. Ну это простейшая конструкция, сейчас, конечно, есть более сложные, но в простейшем виде – это в центре цилиндрический катод, этот цилиндрический катод окружён массивным медным анодом, в котором сделаны прорези-резонаторы, и всё это помещено ещё в магнитное поле. И поскольку это такая простая конструкция и дешёвая, и весит мало, и габариты у ней небольшие, то она очень подходит для использования в радиолокаторах, скажем, самолётных, или там в ракетах, или в других подвижных целях. И вот изобретение этого многорезонаторного магнетрона очень интересно: прежде всего надо сказать, что в 1939 году у нас в Ленинграде, кстати, Алексеев и Маляров такие были, они создали вот этот многорезонаторный магнетрон, который отдавал 300 Вт мощности в 10-сантиметровом диапазоне, это было на порядок больше, чем в то время могли дать все другие источники. Но это была модель, это был стеклянный макет приборов с постоянной откачкой, т.е. его нельзя было непосредственно использовать, как прибор, но тем не менее это была первая такая ласточка, что называется.
А теперь перенесёмся в Англию: в Англии это было очень актуально, потому что в 1939-40 году англичане сражались с немцами, была т.н. битва за Англию, когда немцы фактически каждую ночь совершали налёты на английские города, и очень важно было в условиях плохой видимости, ночью бороться с этими немецкими налётами. И вот в 1940 году, весной 1940 года, опять же, в Бирмингемском университете учёные Рэндалл и Бут, видимо, независимо от Алексеева и Малярова создали этот магнетрон, но это уже был отпаянный прибор, который отдавал мощность вообще киловатт.
Сергей Ивановский. Очень много.
Андрей Григорьев. Вот в этом 10-сантиметровом диапазоне на 2 порядка больше, чем всё, что было раньше. Это был прорыв, конечно. Англичане в то время не могли организовать массовое производство этих приборов, поэтому… Америка ещё не вступила в войну, СССР тоже не воевал ещё в то время, поэтому… но тем не менее англичане решили переправить этот прибор в США со специальной миссией, погрузили туда, в самолёт, несколько образцов этих приборов. Это был самый ценный груз, как они говорят, который когда-либо переправлялся через океан. Ну и благополучно они прилетели, приземлились, и вот там, в США, уже организовали массовое производство этих магнетронов, усовершенствовали их и стали ими комплектовать радиолокационные станции. Поскольку это была короткая, маленькая длина волы, они могли точно определять координаты цели, а поскольку это был мощный передатчик, то они могли это далеко смотреть, и вот этими радиолокационными станциями стали оснащаться и истребители в Англии, прежде всего – вот «Спитфайры», «Харрикейны», и это позволило им успешно бороться с немцами, с немецкими налётами, и немцы в конце концов были вынуждены прекратить вот эти налёты. А американцы, конечно, тоже использовали эти магнетроны и станции на основе этих магнетронов для борьбы с японцами. А вот у держав Оси – у немцев, у итальянцев, у японцев – не было этих магнетронов, у них РЛС станции работали в более низкочастотном диапазоне и с гораздо меньшей мощностью, и естественно, они проигрывали.
Сергей Ивановский. В точности, да?
Андрей Григорьев. И в точности, и в дальности.
Сергей Ивановский. Мы в прошлый раз говорили, что длина волны у нас определяет примерные габариты нахождения – а какая там была длина волны, можете, да?
Андрей Григорьев. 10 см.
Сергей Ивановский. Т.е. это, получается, точность обнаружения или это погрешность?
Андрей Григорьев. Нет, так прямо нельзя сказать. Дело в том, что вот эта, скажем, точность определения координат цели определяется характеристиками луча: вот сколько градусов, допустим, раскрыв этого радиолокационного луча по одной плоскости и по другой плоскости? А вот этот раскрыв зависит не только от длины волны, но и от размеров антенны, фактически от отношения размера антенны к длине волны. Поэтому если вы сделаете маленькую длину волны, вы для получения того же узкого луча можете использовать более маленькую антенну, или наоборот: с той же антенной вы получите более узкий луч. Вот на самолёт нельзя поставить антенну диаметром 10 м, она должна в носовом обтекателе располагаться, поэтому там очень важно иметь высокую частоту, чтобы при маленькой антенне получить узконаправленный луч.
Сергей Ивановский. И, получается у нас, длина распространения этого луча вот в этих антеннах очень получается большая, поскольку мощность луча большая?
Андрей Григорьев. Мощность луча большая, ведь дело в том, что излучается передатчиком этот сигнал, он доходит до цели, причём когда он доходит до цели, он рассеивается, и удельная мощность пропорциональна обратно квадрату расстояния. Значит, часть от этого луча отражается обратно, причём небольшая часть, идёт обратно и тоже рассеивается. И в результате принятая мощность оказывается обратна пропорциональна расстоянию до цели в 4 степени. И кроме того, зависит от т.н. радиолокационной площади цели, т.е. насколько хорошо эта цель отражает лучи. Поэтому мощность играет очень важную роль, ну и конечно, чувствительность приёмника тоже, а чувствительность приёмника ограничена шумами, поэтому тут…
Сергей Ивановский. Ну т.е. вот получается, что изобретение магнетрона – это вот как раз таки качественное увеличение всех вот этих показателей? Т.е. мы можем с большей мощностью на большее расстояние…
Андрей Григорьев. Да, и во Второй мировой войне практически все РЛС союзные работали на магнетронах.
Сергей Ивановский. А вот наши-то во время Великой Отечественной сумели магнетроны как-то получать?
Андрей Григорьев. Мы получали, я не помню сейчас точную цифру, но около… больше 600 РЛС по лендлизу получили.
Сергей Ивановский. Которые уже имели вот эту технологию?
Андрей Григорьев. Да, так что американцы нам поставляли эти станции и т.н. станции орудийной наводки, СОН, и станции обнаружения – это более мощные такие станции, которые тоже использовались у нас. Но были у нас и свои РЛС, «Рапид», но они, конечно, с этими не выдерживали сравнения, потому что там не магнетроны использовались, а другие более маломощные приборы.
Сергей Ивановский. А у немцев вообще за всю войну не было этих приборов?
Андрей Григорьев. Да, хотя немцы разновидность магнетрона ещё раньше изобрели, чем в Англии и у нас, но они как-то…
Сергей Ивановский. Упустили, получается?
Андрей Григорьев. Да, не обратили на это внимания, упустили, у них этого не было. А после войны уже начался другой этап развития, когда появились и новые приборы, и новые средства обработки отражённого сигнала, позволяющие увеличить точность и количество информации, собираемой не только, что вот есть цель, но и какая цель, что это такое: самолёт, большой, маленький, какой и т.д.
Сергей Ивановский. Ну мы вот в прошлый раз, по-моему, не осветили этот момент – что от разной поверхности электромагнитные волны отражаются по-разному, если мы говорим о габаритах, то тоже, допустим, если сверху мы светим на стол – это одна частота отразится, а вот от телефона, он на несколько сантиметров как бы выше лежит – по-другому, и мы теоретически можем определить, что на столе лежит прямоугольник, если мы светим сверху, например. Это уже более такие современные технологии…?
Андрей Григорьев. Да, и вот эти технологии сейчас находят применение для обнаружения скрытых объектов…
Сергей Ивановский. Ну мы немножко об этом говорили, да.
Андрей Григорьев. Да, на теле человека, прежде всего – вот при досмотре в аэропортах, в ж/д вокзалах. Это тоже целая история, потому что оказывается, что на теле человека сравнительно легко обнаружить, скажем, диэлектрический какой-то объект, например, пластиковую взрывчатку, навесил на себя пакет – она имеет выступы и другие показатели по сравнению с телом человека, поэтому с помощью радиолокации её можно легко обнаружить
Сергей Ивановский. А взрывчатка – это диэлектрик, да, как вы сказали…?
Андрей Григорьев. Да, взрывчатка – это диэлектрик, ну вот пластик – это диэлектрик, если он не в металлической оболочке.
Сергей Ивановский. Ну т.е. он легко проводит, либо поглощает немножко…
Андрей Григорьев. Да, по-другому, и вот то, что он отстоит от тела, его граница – тоже это играет роль. А вот, скажем, обнаружить пистолет или нож – это труднее, потому что тело человека на СВЧ отражает практически так же, как металл, потому что оно состоит, тело человека, на 80% из воды, а вода по свойствам близка к металлу.
Сергей Ивановский. Для СВЧ, имеется в виду?
Андрей Григорьев. Да, и поэтому обнаружение металлических предметов представляет собой большие трудности. Но с этим тоже есть способы бороться, и вот мой аспирант сейчас как раз готовит диссертацию по…
Сергей Ивановский. Раскройте немножко, может быть, как, каким образом с этим борются?
Андрей Григорьев. Борются с этим, ну скажем так: вот у меня на теле есть, допустим, пистолет. Мы облучаем и человека, и этот пистолет волнами определённой поляризации, это значит, что вектор электрического поля направлен определённым образом. Так вот, оказывается, что на рёбрах и на углах металлического предмета происходит изменение вот этой поляризации – отражённая волна отражается по-другому, поворот плоскости поляризации. И вот эта т.н. кроссполяризация и используется для обнаружения этих объектов, но это нужно хитро сделать так, чтобы можно было вот этот эффект обнаружить, для этого нужны специальные приёмники, специальные антенны, и т.д. Этим как раз мой аспирант занимается под моим руководством, достаточно успешно, первые образцы вот такого оборудования уже используются в аэропортах Турции и Израиля.
Сергей Ивановский. Назовём фамилию аспиранта давайте.
Андрей Григорьев. Мещеряков.
Сергей Ивановский. Успешных вам результатов работы, Сергей!
Андрей Григорьев. Но единственная проблема состоит в том, что он очень занятый человек, к сожалению, приходится часто быть в командировках по внедрению этого дела, и на написание диссертации времени остаётся мало.
Сергей Ивановский. Ну, даст Бог!
Андрей Григорьев. А материал уже у него собран.
Сергей Ивановский. Здорово, интересно очень. А давайте тогда вернёмся немножко дальше: вот у нас есть небольшой план, и тут речь шла про мощные магнетроны и многорезонаторные клистроны, т.е. другие немножко типы – это т.е. получается, усовершенствование, развитие вот этих вакуумных приборов, да?
Андрей Григорьев. Да.
Сергей Ивановский. По поводу вакуума, наверное, тоже стоит немножко рассказать, были вопросы, как, вообще может ли электромагнитное поле распространяться в космосе? Вот космос, вакуум – вот эту тему тогда нам раскройте, пожалуйста.
Андрей Григорьев. Мы звёзды видим вообще?
Сергей Ивановский. Видим.
Андрей Григорьев. А звёзды далеко в космосе. От них свет идёт, а свет – это электромагнитное излучение. А радиотелескопы принимают не только видимый свет, но они принимают и радиоизлучение от тех же звёзд, от галактик и от других космических объектов. Так что в космосе, в пустоте электромагнитное излучение распространяется очень хорошо, в отличие от атмосферы, где оно затухает.
Сергей Ивановский. Ну, соответственно…
Андрей Григорьев. Поэтому, да… Извините, поэтому современные радиотелескопы либо в космосе находятся – телескоп «Хаббл», который летает уже 10 лет, сейчас ещё «Коперник» запустили, ещё запустили, либо, если это на Земле, то это высоко в горах – вот в Чили высоко в горах на высоте 5 тысяч метров расположена целая серия, целая группа радиотелескопов – 18 штук, с огромными антеннами, которые туда, на высоту 5 тысяч метров с трудом завезли, а сейчас они там работают, и они, конечно, большую часть атмосферы уже под собой имеют и условия для наблюдения там очень хорошие.
Сергей Ивановский. Ну т.е. там уже сигнал не гаснет, получается, ну, меньше гаснет?
Андрей Григорьев. Да.
Сергей Ивановский. Понятно. А в вакуумных приборах, соответственно, откачивается весь воздух, все пылинки, частички, да?
Андрей Григорьев. Вакуумные приборы – им вакуум нужен для чего? Для того, чтобы там электрончики не сталкивались с молекулами газа, а свободно распространялись. Для этого нужно, чтобы давление газа было очень маленькое, чтобы на своём пути от катода и до коллектора электрон не встретил на своём пути ион или атом вот этого остаточного газа.
Сергей Ивановский. Ну вот и, соответственно, давайте тогда немножко и раскроем про более усложнённые вот эти многорезонаторные клистроны, и тут у нас рисуночки есть: катоды, вот их виды, современные клистроны…
Андрей Григорьев. Вот не знаю, будет ли это интересно нашим слушателям.
Сергей Ивановский. А мы, если что, просто всё это обрежем, и всё. Картинки есть, посмотреть будет на что.
Андрей Григорьев. Ну вот я рассказывал принцип действия двухрезонаторного клистрона, у которого есть входной резонатор, который осуществляет вот эту скоростную модуляцию. После этого электроны приобретают разные скорости, и за счёт этой разницы скоростей они собираются в сгусток, и вот этот сгусток возбуждает поле, когда пролетает сквозь второй резонатор, он возбуждает в нём колебания. Но дело в том, что с помощью одного резонатора хороший сгусток, плотный собрать нельзя, по ряду причин, о которых я сейчас не буду говорить, но плотный сгусток не получается, во-первых, потому что закон изменения скорости там не очень подходящий, а во-вторых, потому что когда электроны начинают собираться в сгусток, то на них начинают действовать силы отталкивания, и этот сгусток сначала собирается, потом снова разваливается. Вот для того, чтобы сделать этот сгусток более плотным, и для того, чтобы увеличить коэффициент усиления, добавляют ещё промежуточные резонаторы между входным и выходным, и их настраивают определённым образом, так, чтобы на входе в последний резонатор вот этот сгусток был как можно более плотным, во-первых, во-вторых, чтобы этот сгусток был плотным не на одной частоте, а в диапазоне частот – для этого вот эти промежуточные резонаторы немножко расстраивают в разные стороны. И вот в результате получается клистрон с хорошим сгустком в выходном резонаторе, соответственно, у него большой КПД оказывается, потому что хороший сгусток можно затормозить почти до нуля, а если вы затормозите сгусток до нуля, значит, он всю энергию отдаст электромагнитному полю, и КПД будет 100%. Ну, 100% не получается, но в некоторых случаях получается КПД 80 и даже 90%.
Вот недавно я был на защите оппонентом у товарища, который работал в ЦЕРНе, кстати сказать, несколько лет, и там работал над созданием высокоэффективных клистронов для линейных ускорителей, и вот он там разработал ряд клистронов с высоким КПД, как раз многорезонаторных. Современные клистроны имеют число резонаторов от 5 до 8 обычно, вот так вот, и это позволяет, во-первых, расширить рабочую полосу этих приборов, а во-вторых, увеличить КПД, а это очень важно – КПД, потому что эти приборы мощные, и их много, скажем, для питания вот этого коллайдера используется несколько сотен клистронов, и увеличение КПД даже на 1% приводит к существенному уменьшению потребляемой мощности. Но это не один эффект, а другой эффект состоит в том, что всё-таки КПД-то они у нас не 100% в любом случае, и вот эту оставшуюся мощность, она выделяется в виде тепла, и это тепло надо как-то от прибора отводить, и чем меньше этого тепла, тем легче его отводить, поэтому КПД ещё и в этом плане важно повышать, что вот и делается с использованием многорезонаторных клистронов.
Сергей Ивановский. Ну вот а здесь на картинках, например, приведены современные клистроны вот такого формата – это вот где их применяют, чем они интересны?
Андрей Григорьев. Это разные клистроны, вот тот, который справа – это телевизионный, для передатчиков телевизионных, которые работают в диапазоне УКВ. Но сейчас такие клистроны практически не используются, потому что эфирное телевидение уже отживает свой век, у нас есть кабель волоконный или простой кабель, поэтому такие клистроны уже не выпускаются. А в основном клистроны имеют назначение: первое – радиолокационная аппаратура, причём и гражданская, и военная, а второе – это связь, линии связи, правда там такие большие мощности не требуются, поэтому там кроме клистронов используются и другие типы приборов, более маломощные. А третья область – это вот как раз ускорительная техника, это питание линейных ускорителей, потому что частицы, которые в этом ускорителе летают, они ускоряются переменным электрическим полем, а это переменное электрическое поле надо создавать – вот оно создаётся с помощью, в частности, клистронов, которые имеют большие мощности – в импульсе это десятки и сотни мегаватт. А мегаватт – это целая электростанция.
Сергей Ивановский. Понятно. Ну а вот давайте мы немножко дальше шагнём – у нас вот тоже есть ещё изобретение лампы бегущей волны (ЛБВ), вот это вот тоже очень интересная тема. Расскажите, пожалуйста, что это такое, если… Ну я думаю, что мы можем это научно-популярным языком, да, понятным?
Андрей Григорьев. Я постараюсь. Значит, вот клистрон был изобретён в 1937 году. Как я уже говорил, клистрон содержит резонаторы в себе: 2, 5, 8 и т.д. Сколько бы их ни было, резонатор – это принципиально узкополосное устройство, и чем он лучше, тем уже у него полоса частот.
Сергей Ивановский. А чем это определяется и вообще что он в клистроне из себя представляет?
Андрей Григорьев. Ну это вроде бублика, в котором существует электрическое поле и магнитное поле, и эти электрические и магнитные поля меняют знак, колеблются. И чем лучше этот резонатор, чем меньше в нём потери энергии в стенках, скажем, тем более узкополосное это устройство, и соответственно, узкополосной получается и РЛС. А по мере того, как эта РЛ-техника развивалась, требовалась более широкая полоса с тем, чтобы принятый сигнал лучше обрабатывать. Принятый сигнал же приходит на другой частоте от движущихся целей, как мы говорили, а клистрон, если он узкополосный, он не может принять, поэтому потребовалось широкополосное устройство. И вот появилась такая идея: вообще отказаться от резонаторов.
Сергей Ивановский. Революционная, видимо.
Андрей Григорьев. Да. Появилась такая идея – вообще отказаться от резонаторов. В резонаторе за счёт того, что поле там резонирует, там даже слабый сигнал возбуждает сильное поле, за счёт вот этого резонанса, когда он в резонансе. И это сильное поле даже на коротком пути достаточно сильно воздействует на электронный поток. А тут возникла идея: ладно, мы откажемся от резонатора, пусть поле будет слабое, но пусть оно действует на электроны в течение длительного времени, и тогда мы получим как бы тот же самый эффект. И вот вместо того, чтобы поставить резонатор, мы поставили линию передачи, в которой волна движется с той же скоростью, как и электроны, и поэтому они движутся вместе, как бы, неподвижно относительно друг друга находятся, и то же самое замедляющее поле и ускоряющее поле волны действует на электроны, пусть оно слабое, но оно действует в течение длительного времени, в течение нескольких десятков периодов, и поэтому возникает тот же самый эффект скоростной модуляции, изменения скорости, группировки и отбора энергии. Вот это идея лампы бегущей волны, которая была реализована тоже в Англии в 1942 году. И тут что важно: электроны не могут двигаться со скоростью больше, чем скорость света, а на самом деле при тех напряжениях, которые применяются в приборах СВЧ, они двигаются в 5-10 раз медленнее, чем свет, и соответственно, вот эта электромагнитная волна тоже должна быть медленной, она должна не со скоростью света двигаться, как это обычно бывает, а медленно, а для этого вот придумали специальные т.н. замедляющие системы, которые замедляют эту электромагнитную волну. Самая простая замедляющая система – это спираль. В первом приближении можно считать, что волна бежит по проводнику спирали со скоростью света, а вдоль оси спирали она бежит медленнее, потому что пока она пробегает один оборот по проводу, по оси она продвигается на расстояние всего шага навивки. Это вот самая простая, но есть более сложные системы. Вот это идея ЛБВ, и они оказываются очень широкополосными приборами, и сейчас это самый распространённый вакуумный прибор СВЧ – больше половины всего мирового производства вакуумных приборах приходится на ЛВБ.
Сергей Ивановский. А на цепочке связанных резонаторов – т.е. это, видимо, что – объединение идей?
Андрей Григорьев. Это просто другой тип замедляющей системы, потому что спираль при всех её положительных качествах обладает одним недостатком – от неё трудно отводить тепло, потому что она в воздухе висит на специальных опорах. Поэтому мощные приборы на спирали сделать невозможно, а вот эти цепочки связанных резонаторов т.н. обладают такой жёсткой конструкцией, от которой легко отводить тепло, и поэтому на них можно делать мощные приборы.
Сергей Ивановский. Понятно, а вот давайте раскроем тогда гирорезонансные приборы.
Андрей Григорьев. А это вот ещё новый класс приборов, который появился сравнительное недавно – в 60-е годы, в начале 60-ых годов. Проблема обычных приборов – клистронов, ЛБВ, магнетронов и других аналогичных приборов – состоит в том, что их размеры должны быть соизмеримы с длиной волны. Если мы длину волны уменьшаем в 2 раза, размеры резонатора уменьшаются в 2 раза, все размеры, а площадь – в 4 раза. Это значит, что мы в 4 раза можем меньше тепла отвести от этого прибора. Поэтому существует такой закон: мощность, помноженная на квадрат частоты, равняется постоянной величине, значит, в 2 раза увеличиваем частоту, в 4 раза уменьшается мощность при той же конструкции. А тут появилась новая идея, и эта идея родилась в нас, в Горьком тогда, теперь Н.Новгород, в институте прикладной физики, автором идеи был академик Гапонов-Грехов. Вот он придумал новый тип приборов – т.н. гирорезонансные. Отличие их – у них много отличий от других приборов, но главное в том, что там используется другой тип резонаторов, т.н. открытые резонаторы, размеры которых могут быть много больше длины волны, и т.о. снимается вот это ограничение. И вот сегодня эти гирорезонансные приборы, их разновидность, называемая гиротроном…
Сергей Ивановский. Ага, вот здесь есть даже конструкция.
Андрей Григорьев. …она позволяет генерировать самые высокие мощности на очень высоких частотах, в т.ч. вплоть до терагерцового диапазона. И вот эти приборы, гиротроны, используются, в частности, для нагрева плазмы в термоядерных реакторах. Вот сейчас строится, достраивается уже во Франции ITER – это т.н. международный термоядерный реактор, и там для нагрева плазмы используются как раз вот гиротроны, их должно быть там 24 штуки. Заключены договоры на поставку этих гиротронов с разными организациями, в т.ч. Институт прикладной физики должен поставить 8 штук таких гиротронов для этого реактора.
Сергей Ивановский. Здорово. А вот помимо гиротронов вот у нас есть лазеры на свободных электронах.
Андрей Григорьев. Это ещё более такая экзотическая вещь.
Сергей Ивановский. Экзотическая – т.е. это значит малоиспользуемая?
Андрей Григорьев. Понимаете, лазер на свободных электронах… ну, в двух словах: когда частица заряженная летит с постоянной скоростью, она не излучает. Для того, чтобы она излучала, нужно, чтобы она меняла свою скорость. Вот это изменение скорости можно реализовывать по-разному: можно её тормозить, как это происходит в клистронах, магнетронах, и т.д. – тогда будет т.н. тормозное излучение, а можно заставить её колебаться…
Сергей Ивановский. Во время движения?
Андрей Григорьев. Да, это тоже изменение скорости, потому что она идёт вверх, там, допустим, останавливается, потом идёт вниз и т.д. – она тоже будет излучать. Вот в лазере на свободных электронах как раз используется этот вид излучения – т.н. осцилляторное излучение. За счёт того, что электроны проходят через магнитную систему, они в этом магнитном поле отклоняются и начинают колебаться в поперечном направлении и, соответственно, излучают. А за счёт эффекта Доплера, поскольку они движутся с большой, околосветовой, скоростью, частота этого излучения оказывается много больше, чем частота их колебаний, и может, скажем, быть и в терагерцовом диапазоне, и даже в более высокочастотном диапазоне. Вот это идея лазера на свободных электронах. Свободные – потому что они не связаны с атомами, и там нет переходов между уровнями, как в атоме или в молекуле, а они колеблются за счёт магнитного поля. Это свободные электроны, а лазер – потому что принцип действия аналогичен действию лазера, только на других частотах. И вот в Германии сейчас уже запущен этот лазер на свободных электронах, который работает в рентгеновском диапазоне – XFEL т.н., т.е. не только в терагерцовом, и не в видимом, а ещё в более высокочастотном диапазоне. Но это, конечно, не прибор, это целая громадная установка, тот же XFEL. Да, а у нас есть лазеры на свободных электронах в Новосибирске, там лазер и там несколько очередей, вот сейчас очередная очередь запускается в производство. Они позволяют в импульсе получать мощности киловатты, и даже сотни киловатт на очень высоких частотах, включая терагерцовый диапазон. Но это установки, которые занимают целые громадные помещения, а вот этот XFEL вообще размещён в туннеле длиной несколько километров, поэтому его не то, что на самолёт, а даже и на корабль не поместить.
Сергей Ивановский. Ну это похоже пока с ситуацией, как …
Андрей Григорьев. Это для чисто физических экспериментов.
Сергей Ивановский. Ну я говорю: похоже по аналогии, как вот эти компьютеры занимали большие помещения, сейчас… возможно, что когда-нибудь…
Андрей Григорьев. Ну, постепенно всё уменьшается, конечно.
Сергей Ивановский. Вопрос: а можем ли мы перейти к полупроводниковым приборам СВЧ?
Андрей Григорьев. Можем.
Сергей Ивановский. Давайте тогда перейдём и попросим А.Д. нам рассказать про полупроводниковые приборы СВЧ, потому что здесь очень интересная ситуация, как это всё в микроэлектронике, в очень маленьких масштабах используются всевозможные приборы, связанные с СВЧ. Ну вот здесь у нас, соответственно, есть небольшая такая картиночка, которая нам рассказывает про предысторию твердотельной микроволновой электроники, мы её покажем нашим зрителям – речь вот об этом.
Андрей Григорьев. Ну что, надо сказать, что вообще развитие электроники, если так вот строго считать, оно началось с полупроводников, потому что первым прибором, если не считать вот эту петлю, в которой проскакивала искра, но её трудно назвать прибором, с которой работал Генри Герц, а первым прибором реально, который мог принимать электромагнитные колебания, был вот этот самый когерер т.н., который представлял собой стеклянную трубочку, наполненную железными опилками, с 2 электродами с торцов этой трубочки. В нормальном состоянии между этими электродами было очень высокое сопротивление, потому что эти опилки металлические были покрыты слоем окиси, естественно, а окись – это диэлектрик. Но этот слой окиси очень тонкий. Под действием электромагнитного излучения между отдельными опилками возникали микропробои, слой окиси нарушался, и сопротивление резко падало – вот это был первый прибор, который использовали, и по существу это был если не полупроводниковый, то твердотельный прибор уж точно, там использовались и диэлектрики, и металлы. Затем появились т.н. кристаллические детекторы, которые представляли собой кристалл полупроводника, к которому присоединялась игла, и в месте контакта этой иглы с полупроводником возникал выпрямляющий эффект. Сейчас мы бы сказали, что это барьер Шоттки, тогда этих слов не знали, как не знали и слова «полупроводник», но тем не менее вот такие приборы с начала 20 века уже начали использовать для детектирования электромагнитных излучений, и используют вплоть до настоящего времени, конечно, уже другой конструкции. Это уже настоящий полупроводниковый прибор. А затем уже после Второй мировой войны появились различные виды полупроводниковых приборов, диодов – вот эти же самые кристаллические диоды, смесительные диоды. В 60-ых годах появились приборы, которые способны были и умножать частоту, и генерировать частоту – это т.н. лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна. Ну а в 1947 году был изобретён транзистор – Шокли, Браттейн в Bell Laboratories, и это было начало новой эры. Сначала эти транзисторы не могли работать на высоких частотах, но постепенно, потому что в транзисторе вот этот эффект взаимодействия электронов с электромагнитным полем происходит в т.н. базовой области, и он толщины этой базовой области зависит максимальная предельная частота, потому что время пролёта носителей заряда в этой базовой области определяет максимальную рабочую частоту, или период колебаний. А электроны и дырки, носители заряда в полупроводнике и вообще в твёрдом теле, движутся в миллион раз… ну, не в миллион, но в тысячи раз медленнее, чем в вакууме, и поэтому нужно делать либо очень маленькую длину этой базовой области, либо ограничиваться низкими частотами. Ну и вот постепенно, по мере усовершенствования технологии изготовления, всё упирается в технологию, появились, во-первых, новые виды полупроводниковых приборов, в частности, полевые транзисторы, кроме биполярных, которые первоначально были, а во-вторых, размер этой рабочей области всё время уменьшался, и в конце концов транзисторы научились в микроволновом диапазоне.
Но проблема была в том, что раз у нас очень маленькая вот эта область, значит, мы не можем приложить к этой области большое напряжение потому что напряжённость поля равна напряжению, делённому на длину области, чем меньше длина, тем больше напряжённость поля при том же напряжении. Значит, повышая напряжение, мы создаём просто пробой. Значит, по мере увеличения частоты, у нас длина этой области уменьшается, значит, максимальное напряжение, которое мы можем приложить к этой области, тоже уменьшается, соответственно, уменьшается мощность. И это до недавних пор служило препятствием к работе приборов на высоких частотах вот в миллиметровом и более высокочастотных диапазонах. Решение было найдено путём перехода к т.н. широкозонным полупроводникам, т.е. материалам, которые имеют большую ширину запрещённой зоны – зоны между валентной и зоной проводимости.
Сергей Ивановский. Ну здесь, видимо, уже нужно открывать новую лекцию…
Андрей Григорьев. Да, ну во всяком случае оказалось, что у этих новых типов полупроводниковых материалов, к ним можно прикладывать гораздо большее напряжение, и соответственно, при той же ширине рабочей области мощность снимаемая получается на порядок больше. И вот современные транзисторы СВЧ на вот этих широкозонных полупроводниковых материалах, таких как нитрит галлия, карбид кремния и алмаз, вот алмаз, оказывается, тоже полупроводник с очень хорошими свойствами, потому что кроме того, что он обладает очень высоким пробивным напряжением, больше, чем все другие материалы, он ещё очень хорошо отводит тепло – его теплопроводность в 5 раз больше, чем теплопроводность меди, т.е. медь самый хороший проводник тепла из металлов, ну или серебро, оно близко, а этот в 5 раз лучше проводит тепло. Поэтому вот алмаз – это очень перспективный материал для создания полупроводниковых приборов, но тут ещё очень много надо работать, чтобы реализовать вот эти его потенциальные преимущества. Но, в принципе, вот этот прорыв использования широкозонных материалов сдвигает рабочую частоту полупроводниковых приборов уже к началу терагерцового диапазона.
Сергей Ивановский. Ну а терагерцовый диапазон – это вот мы в прошлый раз говорили, это то, куда сейчас все стремятся попасть?
Андрей Григорьев. Ну, все не стремятся, но многие.
Сергей Ивановский. Понятно. Я предлагаю на сегодня нашу беседу закончить, про полупроводниковые приборы – это такая сложная тема, возможно, мы, может быть, отдельную встречу посвятим ей, если вы согласитесь к нам ещё раз прийти, потому что это очень сложно, нужно очень много терминов пояснять: что такое электронные дырки…
Андрей Григорьев. Да, вообще как устроен полупроводник.
Сергей Ивановский. Как устроен полупроводник, да, там, запрещённая зона, валентная зона, зона проводимости.
Андрей Григорьев. Ещё можно было бы поговорить про графен, о котором я упоминал.
Сергей Ивановский. Да, т.е. у нас поводов для следующей беседы достаточно.
Андрей Григорьев. Ну, посмотрим, да. Поживём – увидим.
Сергей Ивановский. Хорошо. А на сегодня всё. Надеемся, что данная беседа будет очень интересна для зрителей. До свиданья.
Новости
VIP
