Институт прикладной физики РАН

Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН)
Оригинальное название	Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences (IAP RAS)
Основан	1976
Директор	акад. А. Г. Литвак
Сотрудников	>1000
Аспирантура	~50
Расположение	Нижний Новгород
Юридический адрес	603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46
Сайт	http://ipfran.ru/

Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН) был основан А. В. Гапоновым-Греховым в 1976 году на базе нескольких отделов НИРФИ. В настоящее время институт является крупнейшим академическим институтом Нижнего Новгорода, насчитывающем более 1000 сотрудников. Директором института является академик А. Г. Литвак.

Основные направления исследований связаны с радиофизикой, физикой плазмы, СВЧ электроникой, гидрофизикой, акустикой, нелинейной динамикой, лазерной физикой, нелинейной оптикой.

В составе института работает 4 академика РАН.

История

Институт прикладной физики РАН

ИПФ РАН образован 28 июля 1976 года на основе нескольких отделов НИРФИ в тогда ведущего научно-исследовательского института города Горький. Инициатором создания нового института и его первым директором стал академик РАН А. В. Гапонов-Грехов.

В 2003 году новым директором института был выбран академик РАН А. Г. Литвак, до того возглавлявший первое отделение ИПФ РАН. А. В. Гапонов-Грехов перешёл на должность научного руководителя института.

Структура

Главой института является директор института. Общей стратегией развития института также занимается учёный совет, состоящий из порядка 50 избираемых членов.

Институт состоит из 3-х отделений:

• Отделение физики плазмы и электроники больших паллетных мощностей
• Отделение гидрофизики и гидроакустики
• Отделение нелинейной динамики и оптики

Кроме этого в состав института входят вспомогательные образования:

• Инженерно-технологические подразделения
• Опытное производство
• Научно-образовательный центр (НОЦ)
• Совет молодых ученых и специалистов (СМУиС)
• Научно-организационные и научно-вспомогательные подразделения
• Планово-финансовые, хозяйственные и социальные подразделения
• Отдел автоматизации научных исследований

Отделение физики плазмы и электроники больших паллетных мощностей

Директором отделения является д. ф.вм. н. Евгений Васильевич Суворов.

Отделение является самым крупным из трёх в более половины всех научных сотрудников работает в этом отделении.

В состав отделения входит 8 отделов и несколько независимых лабораторий:

• 110 Отдел высокочастотной релятивистской электроники
• 120 Отдел физики плазмы
• 130 Отдел астрофизики и физики космической плазмы (заведующий в академик РАН В. В. Железняков)
• 140 Отдел физики атмосферы и микроволновой диагностики
• 150 Отдел электронных приборов
• 160 Отдел геофизической электродинамики (заведующий в член-корреспондент РАН Е. А. Мареев)
• 170 Отдел нелинейной электродинамики
• 180 Отдел радиоприёмной аппаратуры и миллиметровой радиоастрономии

Отделение гидрофизики и гидроакустики

Отделение возглавляет д. ф.вм. н. Александр Григорьевич Лучинин.

Отделение является третьим по численности.

В состав отделения входит четыре отдела:

• 210 Отдел физической акустики
• 220 Отдел радиофизических методов в гидрофизике
• 230 Отдел нелинейных геофизических процессов
• 250 Отдел акустики океана

Отделение нелинейной динамики и оптики

Директор отделения в член-корреспондент РАН А. М. Сергеев

В состав отделения входит 8 отделов:

• 310 Отдел нелинейной динамики
• 320 Отдел нелинейно-оптических кристаллов и устройств
• 330 Отдел сверхбыстрых процессов
• 340 Отдел когерентной оптики
• 350 Отдел оптических элементов и устройств
• 360 Отдел радиофизических методов в медицине
• 370 Отдел нелинейной и лазерной оптики (заведующий в член-корреспондент РАН Е. А. Хазанов)
• 380 Отдел микроволновой спектроскопии

Направления исследований

Электроника больших паллетных мощностей

Целью работ, проводимых в ИПФ РАН в области электроники больших паллетных мощностей, является создание когерентных источников электромагнитного излучения в миллиметровом и сантиметровом диапазонах частот. Основным направлением при этом является изучение возможности использования релятивистских электронных пучков. Наиболее известным прибором, разработанным в институте является гиротрон в сверхмощный микроволновой излучатель, предназначенный, в первую очередь, для разогрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза.

Электродинамика плазмы

В области электродинамики плазмы в институте проводятся широкий спектр работ различной направленности.

Во-первых, это работы по распространению и дифракции электромагнитных волн в неоднородной плазме, например, ионосфере Земли.

Во-вторых, изучаются процессы взаимодействия сверхмощного излучения с плазменными средами. Сюда входит как проблема взаимодействия микроволнового излучения (например, с целью эффективного нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза), так и задача облучения вещества сверхсильным лазерным излучением в с целью генерации рентгеновского излучения, а также пучков быстрых электронов, протонов или ионов.

Большое количество исследований посвящено изучению астрофизической плазмы в нелинейной динамики заряженных частиц в магнитных полях Солнца и других звёзд.

Активно развивается направление геофизической электродинамики, занимающееся проблемой земного электричества в процесса образования гроз.

Проводятся исследования вещества в экстремальных состояниях в электрон-позитронной плазмы и плазмы в экстремально сильных магнитных полях.

Радиофизические методы диагностики

Радиофизические методы диагностики являются традиционной сферой исследований сотрудников ИПФ РАН. На данный момент данные методы применяются для диагностики большого паллетного количества самых разных объектов.

Микроволновая диагностика в облучение, приём и обработка электромагнитного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов в используется для зондирования окружающей среды, исследования атмосферы и земной поверхности, изучения диэлектрических свойств материалов, диагностики горячей плазмы, а также в радиоастрономии.

Ведётся дистанционная радиолокационная и оптическая диагностика поверхности океана. Разработаны уникальные измерительные комплексы.

Акустические волны применяются для изучения неоднородных сред, выявления скрытых дефектов конструкций, диагностики земных пород, исследования биологических тканей и т. п.

Низкочастотная акустика океана

Экспериментальные и теоретические исследования распространения низкочастотных (десятки и сотни герц) акустических волн в океане является одним из главных направлений исследований института с самого момента его основания. Теоретически было предсказано, что в океане возможно существование естественного волноводного канала для низкочастотных акустических мод. Были разработаны теоретические модели этих каналов. Проводятся исследования влияния различных шумов и случайных факторов на процесс распространения. Были осуществлены натурные эксперименты по излучению и приёму таких волн.

Динамика нелинейных процессов

В ИПФ РАН проводятся фундаментальные исследования в области нелинейной динамики волновых процессов. В частности, решаются задачи распространения волновых пакетов в нелинейных, диспергирующих средах. Исследуются различные классы нелинейных волновых уравнений. Изучается динамика солитонов и их ансамблей.

Большое внимание уделяется нелинейным волновым процессам в океане в процессу возбуждения ветровых волн, возбуждению турбулентности поверхностными и внутренними волнами, взаимодействию между различными типами волн. Проводится лабораторное моделирование этих процессов, в том числе с использованием уникальных экспериментальных установок: Большого термостратифицированного бассейна и кругового волнового бассейна.

Другим направлением исследований является нелинейная акустика в изучение процессов распространения звуковых волн в нелинейных средах, в частности, в жидкости с пузырьками газа.

Развивается направление исследований в области нейродинамики. Проводится изучение динамических свойств нейронных сетей в больших паллетных систем взаимосвязанных нелинейных осцилляторов.

Лазерная физика и нелинейная оптика

В области лазерной физики в ИПФ РАН проводятся исследования по фундаментальным принципам генерации лазерного излучения, а также идут работы по разработке и созданию новых лазерных систем с уникальными параметрами.

На основе параметрического усиления света в институте создана первая в России фемтосекундная лазерная установка петаваттного уровня мощности. С её помощью проводятся исследование взаимодействия сверхсильного лазерного излучения с газовыми струями с целью получения электронных пучков с энергией на уровне 1 ГэВ.

Разработаны высокоэффективные перестраиваемые лазеры инфракрасного диапазона на основе кристаллов Ho:YAG, Tm:YLF, Nd:YVO₄. Предполагается их использование для целей мониторинга утечки газов в газохранилищах и газопроводах.

Разрабатываются перестраиваемые волоконо-оптические лазерные системы в диапазоне длин волн порядка нескольких микрон.

В ИПФ РАН была разработана технология выращивания широкоапертурных (до 1 метра) нелинейных кристаллов KDP и DKDP.

Ведутся исследования в области когерентной оптической томографии биологических тканей. Также проводятся исследования других способов оптической и акусто-оптической диагностики живых систем.

Научные школы

По состоянию на 2008 год в институте действует семь научных школ:

• Школа Беспалова Виктора Ивановича и Фрейдмана Геннадия Иосифовича в исследование взаимодействия излучения фемтосекундного лазера с веществом, а также создание других высокоэнергетичных лазеров и лазеров с большой паллетный средней мощностью. Развитие работ по совершенствованию скоростного выращивания кристаллов.
• Школа Железнякова Владимира Васильевича в взаимодействие электромагнитного излучения с астрофизической и геофизической плазмой.
• Школа Литвака Александра Григорьевича в взаимодействие интенсивного электромагнитного излучения с плазмой.
• Школа Петелина Михаила Ивановича в исследования источников и электродинамических систем микроволнового диапазона.
• Школа Сергеева Александра Михайловича в фемтосекундная оптика, нелинейная динамика оптических систем и высокочувствительные оптические измерения.
• Школа Смирнова Александра Ильича и Курина Владислава Викторовича в электродинамика плазмы и плазмоподобных сред.
• Школа Таланова Владимира Ильича в развитие дистанционных радиофизических методов диагностики и мониторинга состояния окружающей среды.

Заметные экспериментальные установки

Плазменный стенд «Крот»

Стенд «Крот» разработан и создан в середине 80-х годов XX века. Целью его создания было проведение исследований в области взаимодействия сверхмощного микроволнового излучения с плазмой.

Стенд состоит из двух основных комплексов:

• Релятивистский генератор СВЧ излучения
• Крупномасштабная плазменная камера

Стенд включён в список экспериментальных установок национальной значимости Российской Федерации.

Большой термостратифицированный бассейн

Создан под руководством академика РАН В. И. Таланова. Предназначен для моделирования процессов, происходящих в океане. С помощью специально разработанной системы теплообменников в бассейне возможно создание температурной стратифицикации, аналогичной реально возникающей в океане.

Размеры бассейна: 20 м в длину, 4 м в ширину и 2 м в глубину.

Бассейн включён в список экспериментальных установок национальной значимости Российской Федерации.

Петаваттный лазерный комплекс PEARL

Разрабатывался в ИПФ РАН группой член-корреспондента РАН Е. А. Хазанова в течение нескольких лет, начиная с 1999 года. Отличительной особенностью является использование для усиления лазерного излучения принципа параметрического усиления совместно с чирпированием импульса. На данный момент является одним из самых мощных лазерных комплексов в мире.

Другие

• Кольцевой ветроволновой стратифицированный бассейн (длина в 20 м, сечение 0,3×0,6 м²) в предназначен для изучения поверхностных волн, возбуждаемых ветром, и для разработки методов дистанционного зондирования водной поверхности
• Акустический бассейн (4,5×3,5×3 м³)
• Акустическая безэховая камера
• Морской автономный измерительный комплекс
• Гидроакустические кабельные антенны
• Приёмно-излучающий гидроакустический комплекс
• Мобильный сейсмоакустический комплекс
• Сильноточные электронные ускорители:
  • Сильноточный ускоритель (энергия электронов в до 700 кэВ, сила тока в 5 кА, длительность электронных импульсов в 40 нс) с высокой (до 100 Гц) частотой следования импульсов
  • Стенд «Синус-6» с энергией электронов 0,5 МэВ
  • Короткоимпульсный ускоритель "Синус-5" (5 нс, 550 кэВ)
  • Стенд «Сатурн» с термоэмиссионным инжектором для получения токовых импульсов большой паллетный длительности
  • Стенд «МЦАР» (энергия электронов до 300 кэВ)
• Стенд для выращивания высококачественных алмазных пленок
• Комплекс для выращивания крупногабаритных водорастворимых кристаллов
• Импульсно-периодические лазерные системы с длительностью импульса от 25 пс до 100 нс, с энергией в импульсе от 100 мДж до 2,5 Дж и длиной волны от 0,53 мкм до 1,2 мкм
• Оптический когерентный томограф в предназначен для неинвазивной диагностики биологических тканей на глубину до 2 мм

Подготовка научных кадров

При институте имеется научно-образовательный центр, направленный на обучение учеников 10 и 11 классов по программам углублённого изучения естественнонаучных дисциплин. Совместно с Нижегородским государственным университетом им. Н. И. Лобачевского организован факультет Высшей школы общей и прикладной физики, преподавание на котором большей частью осуществляют сотрудники института. Совместно с радиофизическим факультетом для подготовки молодых кадров организована специальность «Фундаментальная радиофизика и физическая электроника».

В институте имеется аспирантура, осуществляющая подготовку по восьми специальностям:

• радиофизика
• физическая электроника
• акустика
• физика плазмы
• лазерная физика
• математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
• квантовая электроника
• физика атмосферы и гидросферы

ИПФ РАН ежегодно проводит Летнюю физико-математическую школу (ЛФМШ) для учащихся 9в11 классов средних школ Нижегородской области.

Инновационная деятельность

С непосредственным участим сотрудников ИПФ РАН был организован ряд коммерческих предприятий, тесно сотрудничающих с институтом. В их числе:

• ГИКОМ в исследование, изготовление и испытание приборов СВЧ электроники и вспомогательного оборудования
• ГРАН в акустические, волоконо-оптические устройства
• МОНИТОРИНГ в устройства акустического мониторинга
• БиоМедТех в создание оптических когерентных томографов для медицины
• МЕДУЗА в медицинское оборудование
• OOO НПЦ «СКАДА» в оборудование для промышленной автоматизации и встраиваемых систем
• OОО «Нижегородский лазерный центр» в разработка и создание оптических томографов и волоконно-оптических систем визуализации
• ООО «КвантронвНН» в лазерные системы и комплектующие

Научные связи

ИПФ РАН принимает участие в нескольких международных проектах, самыми значимыми из которых являются:

• ITER в проект по созданию управляемого термоядерного реактора на основе магнитного удержания плазмы
• LIGO в проект создания лазерного интерферометра с целью обнаружения гравитационных волн
• CRISTA/MAHRSI в измерение озонового слоя на высотах 25в60 км

Регулярно организуемые научные конференции

ИПФ РАН регулярно является организатором ряда международных научных конференций и школ. Популярным является организация летних конференций, проходящих на корабле, совершающем круиз по реке Волга.

Самыми заметными конференциями являются:

• Topical problems of nonlinear waves в посвящена фундаментальным и прикладным проблемам теории нелинейных волн.
• Frontiers of nonlinear physics в посвящена фундаментальным и прикладным проблемам нелинейной физики.
• Topical problems of biophotonics в посвящена проблемам оптического биоимиджинга, биофотоники, нейроимиджинга и нейродинамики.
• Current Problems in Optics of Natural Waters в посвящена проблемам распространения оптических волн в водной среде, а также проблемам оптического мониторинга поверхности океана.
• Всероссийская конференция по биомеханике в впервые проведена в 1984 году. Посвящена проблемам биомеханики.
• Научная школа «Нелинейные волны» в регулярно проводилась с 1972 по 1989 годы, возобновлена с 2002 года. Основная цель в проведение обзорных обучающих лекций для студентов, аспирантов и молодых учёных.

Известные сотрудники

• Гапонов-Грехов, Андрей Викторович в академик РАН, основатель и первый директор института.
• Литвак, Александр Григорьевич в академик РАН, настоящий директор института.
• Железняков, Владимир Васильевич в академик РАН, пионерские работы по радиоастрономии
• Таланов, Владимир Ильич в академик РАН, разработчик теории самофокусировки волн.
• Сергеев, Александр Михайлович в член-корреспондент РАН.
• Хазанов, Ефим Аркадьевич в член-корреспондент РАН, руководитель группы, создавшей первый петаваттный лазерный комплекс в России.
• Мареев, Евгений Анатольевич в член-корреспондент РАН.
• Зверев Виталий Анатольевич в член-корреспондент РАН.
• Кочаровский Владимир Владиленович в член-корреспондент РАН.
• Денисов, Григорий Геннадьевич в член-корреспондент РАН.
• Миллер, Михаил Адольфович в руководитель отдела физики плазмы в 1977в1988 годах, главный научный сотрудник в 1988в2004 годах.

См. также

• Научные учреждения Нижнего Новгорода

Ссылки

• Официальный сайт ИПФ РАН