Кафедра экспериментальной физики

Первоначально кафедра №24, была организована в 1951 году путем разделения физической кафедры физико-технического факультета, которой заведовал академик Сергей Васильевич Вонсовский. Именно он принял самое активное участие в формировании первого учебного штата кафедры и в планировании уникального парка ускорителей. Первым ее заведующим был назначен известный ученый, профессор Института физики металлов УФАН СССР Р.И. Янус, который проработал в этой должности лишь несколько месяцев.

 

С 1952 по 1958 год кафедрой заведовал кандидат технических наук В.Г. Степанов, а затем кандидат технических наук Д.А. Бородаев. Первые годы после своего образования кафедра размещалась на электротехническом факультете в трех комнатах третьего этажа, имея лишь несколько сотрудников.

 

В 1959-1980 гг. кафедру возглавлял профессор Ф.Ф. Гаврилов, на смену пришел его ученик профессор Б.В. Шульгин. После четырнадцатилетнего заведования Б.В. Шульгин в 1994 году передал кафедру своему ученику профессору А.В. Кружалову.

 

Кафедра №24 - первый учебно-научный ядерно-физический комплекс не только УПИ, но и Уральского региона. По проекту в корпусе электрофизических установок (Т-образная часть ФТФ) предполагалось смонтировать современный парк ускорителей заряженных частиц: 120-см циклотрон Р-7 для ускорения тяжелых заряженных частиц до энергий 30 МэВ, электростатический генератор ЭГ-2,5, рассчитанный на работу в ионном варианте, а также два бетатрона - ускорителя электронов - с максимальными энергиями 5 и 15 МэВ.

 

с.в. вонсовский

 

Официально эти планы были оформлены Постановлением Совета Министров СССР №1790-963 от 18 октября 1955 года и приказом MB и ССО СССР N547 от 17 ноября 1955 года, согласно которым в Уральском политехническом институте при кафедре №24 создавалась проблемная научно-исследовательская электрофизическая лаборатория (НИЭФЛ). Поставки ускорительной техники были начаты в 1953/54 годах, когда уже сдавался в эксплуатацию корпус физико-технического факультета общей площадью 16 564 кв.м, а монтаж основных узлов ускорителей проведен в течение 1956-58 гг. Период становления кафедры №24 был непростым. Ушло почти десятилетие на то, чтобы многоэтажный блок площадью около 5000 м2 был насыщен оборудованием, проведен монтаж ускорителей и их физический пуск.

 

В этом особая заслуга заведующего кафедрой Валентина Георгиевича Степанова. Первоначально коллектив формировался из специалистов со стороны, а затем из выпускников кафедры, объединенных единой целью запуска ускорителей и создания экспериментально-измерительных комплексов. Научные перспективы были радужными, но расплывчатыми и далекими. Поэтому в это десятилетие наблюдалась большая текучесть кадров. Начальный период создания НИЭФЛ отмечен активным участием в делах первых студентов кафедры. С их помощью проводилась укладка кабелей, установка силового оборудования и многое другое. Нелегко шла эта работа, но уже в сентябре 1959 года были сданы в эксплуатацию первые ускорители - бетатроны. Излучение на большом бетатроне получили еще раньше, однако на доводку до проектной мощности ушло больше года. Этот первый успех связан с именами таких первопроходцев, как К.С. Гришин, К.А. Суханова и Г.М. Васнин. Первая научная школа кафедры сложилась именно в эти годы и была связана с созданием и использованием для учебных и научных целей бетатронов (руководитель доц. К.А. Суханова).

 

Напряженно шел монтаж циклотрона - самого крупного ускорителя лаборатории. Перебои в поставках оборудования постоянно отодвигали сроки ввода его в эксплуатацию. Дело доходило до обращения парткома УПИ в Секретариат ЦК КПСС о содействии. В апреле 1960 года при участии первого начальника циклотрона Г.В. Хрусталькова был подписан акт о готовности ускорителя к работе. Из нескольких десятков сотрудников, участвовавших в строительстве и запуске циклотрона, сегодня на физтехе работают лишь Ю.А. Кадочников - заместитель декана ФТФ и Ю.А. Ушаков - заместитель заведующего кафедрой экспериментальной физики. Одновременно со строительством корпуса и монтажом ускорителей началась подготовка первого отряда инженеров-физиков по специальности «Электроника и автоматика спецпроизводств».

 

В 1953 году первыми студентами кафедры экспериментальной физики стали лучшие студенты-электротехники и механики, которых увлекла романтика нового, неизвестного. Уже в 1957 году состоялся первый выпуск инженеров-физиков в количестве 26 человек. По всей стране разбросала их судьба. Иных уж нет. Но те, кто еще в строю, всегда готовы поделиться воспоминаниями о тех первых годах существования кафедры. Среди них бывший ответственный работник Госплана СССР Г.А. Веретенников, старший преподаватель кафедры теоретической физики УПИ А.Д. Витюков, начальник отдела завода имени М.И. Калинина А.В. Ершов и многие другие.

Прошлое, настоящее, будущее циклотрона

 

Циклотрон - самый мощный ускоритель электрофизической лаборатории (380 кВт).

Принятый в эксплуатацию 30 апреля 1960 года, он позволял ускорять протоны, дейтоны, альфа-частицы с энергией 6,7 МэВ/нуклон. Однако конструкция его была далека от совершенства, что не позволяло получать пучки нужной интенсивности. На доводку ускорителя до «кондиции» ушли все шестидесятые годы. Это -  разработка конструкции крепления, охлаждения облучаемых мишеней, модернизация ВЧ-генератора, сборка участка ионопровода с магнитными линзами MЛ-5 и т.д. Шестидесятые годы, безусловно, были, с одной стороны, самыми трудными годами для сотрудников циклотрона, а с другой стороны - очень плодотворными. Одновременно с решением технических задач был сделан капитальный ремонт помещения. Под руководством старшего инженера А.С. Жуковской создана радиохимическая лаборатория для отработки методик выделения изотопов. Сдается в эксплуатацию измерительная лаборатория циклотрона. Большой вклад в общее дело внесли начальник радиотехнической группы циклотрона А.И. Добрынин, старшие инженеры В.А. Галкин и Г.Г. Гладун, инженер С.Б. Ефимов.

 

начальник циклотрона г.и. сметанин

 

В 1969 г. освоен режим ускорения многозарядных ионов на субгармониках, получены рекордные по интенсивности пучки ионов углерода, азота, неона, аргона. Длительное время циклотрон работал на этом сорте ионов, разрабатывая методики получения и выделения изотопов натрия, магния, ванадия и кобальта, проводя исследования совместно с МВТУ им. Баумана по определению износа инструмента и деталей машин с использованием радиоактивных меток и многое другое. В конце семидесятых годов, выполняя задание правительства СССР, коллектив циклотрона провел коренную реконструкцию ускорителя. В течение 1978-1980 г. существенной переделке подверглись: система формирования магнитного поля; резонансная и вакуумная системы, фидерные линии, ионный источник и многое другое. В результате реконструкции у циклотрона появились новые возможности:

 

- регулирование энергии ускоряемых ионов;

- ускорение положительных и отрицательных ионов водорода (1Н) в диапазоне от 5 до 15МэВ;

- расширение ассортимента ускоряемых тяжелых ионов и варьирование их энергии.

 

Признанием высокого уровня проведенной реконструкции является проведение в УПИ (по рекомендации Научного совета АН СССР по применению методов ядерной физики в смежных областях) в 1982 г. Всесоюзного семинара "Реконструкция и модернизация 120 см циклотронов".

 

Об опыте реконструкции циклотрона был сделан доклад в 1985 г. на международном совещании в Чехословакии. В 1993 и 1995 г. г. на его базе проводятся межнациональные семинары по коммерческому использованию «малых» циклотронов. Широкий ассортимент и энергетический диапазон ионов позволяет использовать циклотрон как при проведении фундаментальных научных исследований на современном мировом уровне, так и при решении важнейших народнохозяйственных задач.

 

Методы пучковой диагностики для анализа состава и структуры твердого тела в ряде случаев являются единственными, позволяющими получать необходимую информацию о твердом теле (например, прямой способ определения местоположения примесных атомов в кристаллической решетке или интердиффузии атомов на границе в системе "пленка - подложка"). На циклотроне возможна разработка качественно новых технологий для создания твердотельных электронных микроструктур на основе высокоэнергетичной ионной имплантации.

 

Для решения прикладных задач наиболее эффективным является использование циклотрона для нужд медицины. Нами предложен проект создания на циклотроне нейтронного канала для лечения гамма-резистентных злокачественных образований. Проект одобрен медэкспертами и включен в «Областную противораковую программу». Рассматривается возможность создания позитронно-эмиссионного томографа - самого современного диагностического средства. Необходимые для его работы короткоживущие циклотронные изотопы (углерод- 11, азот-13, кислород-15 и фтор-18) с хорошим выходом могут нарабатываться на нашем циклотроне.

 

В 1995 г. Министерством науки и технической политики РФ циклотрон УГТУ был включен в "Перечень уникальных экспериментальных установок национальной значимости, требующих дополнительной государственной поддержки". Циклотрон является мощной учебной базой для студентов кафедры. Они проходят лабораторный практикум по курсам «Источники ионизирующих излучений», «Физические установки», «Методы и средства радиометрии и дозиметрии», «Радиационная защита». Многие студенты занимаются учебно-исследовательской работой в экспериментальных группах циклотрона, выполняют реальные курсовые и дипломные работы по модернизации отдельных систем ускорителя. Ежегодно 3-4 аспиранта проводят исследования с использованием пучков частиц, ускоренных на циклотроне.

 

Циклотрон глазами Н.В. Тимофеева-Ресовского

 

В весеннем семестре 1959 г. Н.В. Тимофеев-Ресовский читал на физтехе курс лекций по радиобиологии. Вот что об этом вспоминает выпускник кафедры молекулярной физики 1956 г. И.В. Колупаев (Уральские физтехи в Москве и Подмосковье о времени и о себе. 1949-1999. М.: ЦНИИатоминформ. 1999, с. 64.). Как-то декан попросил меня показать Н.В. факультетский циклотрон, бетатрон, генератор Ван де Граафа. Я договорился с кафедрой В.Г. Степанова, где размещались эти устройства. Мы пришли к «ускорительщикам». Нас провели в циклотронный зал. Включили свет, а половина зала осталась темной. Н.В. очень обрадовался этому, засмеялся, сказал, что какими бы совершенными ни были приборы и установки, всегда в технике что-то может не получиться, может произойти какой-то сбой. Циклотрон на факультете работал, был получен нужный вакуум. Но не были подготовлены экспериментаторы для работы с пучком частиц. Н.В. предложил использовать циклотрон для работ по радиобиологии, направлять сюда своих сотрудников. Он просил у нас и дипломников, обещая за полгода сделать из них биофизиков.

 

Вспоминает Ю.А. Ушаков

заместитель заведующего кафедрой

 

- Я пришел работать на кафедру экспериментальной физики после службы в армии 15 января 1960 года. Был определен в группу вакуумщиков циклотрона. Нужно отметить, что значительная часть сотрудников-эксплуатационщиков ускорительных установок пришла работать из рядов Советской Армии.

 

Это тогда нас очень объединяло. Меня прежде всего поразили ускорительные установки, а особенно циклотрон с его сложным оборудованием. Многое пришлось осваивать, изучать, проектировать и экспериментировать. И значительную помощь в освоении этой сложной, уникальной ускорительной техники оказали руководители групп и товарищи - выпускники физтеха, электрофака УПИ. Это Хрустальков Г.В., Панков Е.Н., Гриднев Г.Ф., Грибченков В.И., Ослоповских Г.Н. и многие другие. Я, помню, за ними бегал, как хвостик, и все смотрел, как и что они делали.

 

Огромное им спасибо!

 

Свою квалификацию, техническую подготовку как специалиста на циклотроне я приобретал именно в 60-е годы.

А дальше пошли годы запуска циклотрона, отработка стабильности работы ускорителя, его модернизация, проведение научных и экспериментальных работ, связанных с различными народно-хозяйственными задачами страны. Работать приходилось много, иногда по 10-14 часов в день. Коллектив циклотрона с этими задачами справился. В настоящее время мы имеем не только на кафедре, но и в стране уникальную работающую установку с огромным научным потенциалом.

 

И я надеюсь, что этот потенциал будет в дальнейшем востребован!

Хотелось бы в это верить.

Прошлое, настоящее, будущее бетатрона

 

Бетатрон - это первый ускоритель кафедры экспериментальной физики.

Титаническая работа сотрудников кафедры Г.М. Веснина, В.Е. Булыгиной, К.С. Гришина во главе с заведующим кафедрой В.Г. Степановым завершилась в 1959 году монтажом и запуском в эксплуатацию бетатронов с энергией 5 и 15 МэВ. Г.М. Веснин и В.Е. Булыгина долгое время работали на бетатроне, стали профессионалами своего дела. Только возраст заставил их расстаться с работой. До сих пор на кафедре хранятся стихи Л.А. Казак, посвященные Вассе Егоровне и Георгию Михайловичу:

 

На бетатроне - вы всегда на месте, куском металла станет он без вас.

Ведь как поется в старой песне: Везде хозяйский нужен глаз.

 

е.г. голиков

выпускник 1967 года

 

В первые годы работы бетатроны использовались преимущественно для обучения студентов.

Но были начаты и фундаментальные научные исследования с использованием пучка тормозного излучения. Стала развиваться радиационная дефектоскопия. Появились первые заказчики -предприятия черной металлургии. Работы выполнялись под руководством молодой, энергичной К.А. Сухановой, защитившей к тому времени кандидатскую диссертацию.

 

Позднее сформировался небольшой, но работоспособный коллектив, из которого добрую память о себе оставили П.П. Зольников, Ю.А. Дроздов, С.А. Николаев. До сих пор трудится в лаборатории и автор этих строк, трудовой стаж которого составляет не один десяток лет. Спустя девять лет коллективом бетатронной лаборатории был запущен третий ускоритель с энергией 25 МэВ.

 

Это позволило существенно расширить возможности научных работ, связанных с неразрушающими методами контроля материалов и прикладными исследованиями в области радиационной физики и активационного анализа.

 

Так, для Нижнетагильского металлургического комбината была разработана экспериментальная модель 3-канального сцинтилляционного дефектоскопа, а для предприятий Уральского завода тяжелого машиностроения и Турбомоторного завода внедрены методики сцинтилляционной дефектоскопии.

 

Результаты работ публикуются в журналах «Дефектоскопия», «Атомная энергия», «Известия высших учебных заведений». Бетатронные установки широко используются в учебном процессе кафедры: студенты в лабораторных практикумах измеряют эксплуатационные параметры ускорителей и радиационные характеристики генерируемых пучков. В семидесятые годы в бетатронной лаборатории получили широкое развитие новые направления научных работ, связанных с использованием альбедных характеристик гамма-излучения от ускорителей электронов для радиационного контроля объектов неоднородной структуры.

 

Одновременно с фундаментальными исследованиями коллективом бетатронной лаборатории выполняются хоздоговорные работы: по методике анализа содержания меди в рудах и продуктах их переработки; по контролю степени износа контактных проводов. Изготовлен и прошел аттестацию опытный образец толщиномера для контроля листового проката на Михайловском заводе ОЦМ.

 

В восьмидесятые годы при монтаже и физическом пуске микротрона пригодился опыт, накопленный коллективом бетатронной лаборатории почти за десятилетие работы. На базе бетатронов и микротрона создается объединенная лаборатория ядерно-физических методов анализа и контроля (ЯФМАК). Коллектив бетатронной лаборатории, как составляющее звено ЯФМАК, входит в группу радиационных методов контроля (РМК), руководитель с.н. с. Е.Г.Голиков. Группой РМК осуществляется творческое содружество с заводом «Уралхиммаш». На базе бетатронов разрабатываются методики инспекции и селекции объектов по заданию Минобороны.

 

По учебному плану кафедры группой РМК поставлено два новых лабораторных практикума: по альбедной дефектоскопии материалов на базе бетатронов и по измерению аппаратурных характеристик сцинтилляционных гамма-спектрометров различных типов. В 1986 году лаборатория ЯФМАК включена в состав образованного межвузовского центра обслуживания научных исследований (МЦОНИ). В составе МЦОНИ группой РМК выполнены работы для НПО автоматики по оценке радиационной стойкости элементов микромодулей.

 

В девяностые годы в научно-исследовательской работе коллектива лаборатории появилось новое направление, связанное с низкотемпературным ядерным синтезом в пленочных и кристаллических структурах. Для института электрохимии УрО РАН была создана установка по стимуляции процессов ядерного синтеза с использованием пучков тормозного и электронного излучения. Финансовые трудности последних лет несколько сократили объем выполняемых работ, но не уменьшили оптимизм и работоспособность коллектива.

 

Живем надеждами...

За комплексное и реальное проектирование

Ю.К. Худенский - ассистент, инженер, старший преподаватель кафедры №24

 

Так называлась статья, которую я, еще до защиты дипломов «Бригадой Уткина»,

отослал в журнал МВиСО СССР «Высшая школа».

Статья была очень большой, хотелось изложить многое. Однако это показалось редакции во многом избыточным. Остался заголовок статьи, а она сама была составлена из материалов, написанных многими авторами. Меня это устроило, так как подтверждало актуальность задачи. С другой стороны, остались за бортом многие педагогические ухищрения и методические находки, которые казались мне очень важными. Прежде всего, о подходах к созданию «Бригады Уткина»:

 

1. Опыт, накопленный при выполнении курсовых работ по осциллографам, стал полезным фильтром для подбора студентов в группы для курсового проектирования «Разработка физических и биофизических приборов» различных ступеней сложности. В комплексной форме прибор представлял собой систему датчика, преобразователя сигнала в оптической системе, фотоэлектронный умножитель или фотоэлемент с высокой эффективностью преобразования, а также систему электронного преобразования полезного сигнала с целью достижения высоких соотношений сигнал/шум и разборки полезного сигнала как по интенсивности, так и по энергии излучения. Для этой цели было освоено преобразование амплитуды импульса - длительность временной последовательности импульсов стандартной амплитуды.

 

2. Расширение задач прикладного характера - биомедицинское применение идей ядерной электроники.

Одной из первых, взятых мною для решения, была задача, поставленная заведующим кафедрой нейрохирургии СМИ, великим диагностом, профессором, практикующим хирургом Давидом Григорьевичем Шефером. Это был врач милостью божьей, у которого многому могли поучиться и физики. Давид Григорьевич постоянно повышал сложность задачи и требования к разрабатываемой установке. Сначала это был обычный сцинтилляционный счетчик - некоторая подзорная труба, которая включала в себя сцинтиллятор, ФЭУ, а также предусилитель, катодный повторитель, соединенный кабелями с блоком питания, усилителями и системой преобразования сигнала. Локализация опухоли осуществлялась путем инъекции больному некоторого количества короткоживущего изотопа 131I. В ходе обменных процессов 131I концентрировался в области щитовидной железы и зоны опухоли. Мы контролировали как накопление 131I в щитовидной железе, так и «чистое гамма-излучение» последней. Сама «труба» датчика рассматривала железу или опухоль через цилиндрический коллиматор малого диаметра, который позволял улучшить соотношение сигнал/шум и конкретизировал излучение приопухолевой зоны.

 

Расчет и изготовление этого набалдашника были поручены студенту Напольскому. Давид Григорьевич интересовался возможностью автоматизации процесса измерения и, в особенности, изображения результатов на бумаге самописца. Создание такой модели было поручено студенту Александру Егорову. Им была выбрана схема ориентирования (управляемого) датчика. Он перемещался относительно объекта принудительно, в рамке с зубчатым зацеплением и конечными выключателями, которые меняли направление движения датчика путем коммутации электромоторов. Позднее в дело пошли сельсины. В результате получалось несколько изображений гамма-проекции, с постепенным переходом с одной изолинии на другую и с постепенным повышением уровня измеряемой активности излучателя с квантованием шага изолиний. В конце концов прибор останавливался на максимуме сигнала. Наряду с Д.Г. Шефером, руководителем работы, нам помогали молодые медики, в частности, аспирант Семен Спектор. Я говорил ранее, что все свои конструкции мы делали из подручных средств. Элементную базу собирали по разным дружественным предприятиям, в особенности там, где проходили студенческую практику, и даже из неликвидов.

 

Кое-что покупалось с рук за собственные деньги. В частности, задача создания пластмассовых сцинтилляторов была поручена Владимиру Хафизову, родом из Башкирии, рыжему и очень темпераментному студенту. Мы готовили наши собственные пластмассовые сцинтилляторы на базе ПММА (полиметилметакрилата), мономер для которого Володя привозил из Башкирии, а активаторы для них синтезировала замечательный ученый-химик. Химик был молодой дамой, Дюймовочкой - по имени Лидия Николаевна Пушкина, работавшая под руководством профессора Исаака Яковлевича Постовского. Методики полимеризации детекторов, позволившие нам получить детектор и представить его на ВДНХ, разрабатывались при участии профессора Зои Васильевны Пушкаревой. Контакты с этими очень известными профессорами сохранились у меня еще со времен дискуссии о теории резонансов в УПИ. Тогда я, по примеру Георгия Викторовича Скроцкого, «вывернулся» из скверной ситуации: выступить от лица СНО с осуждением авторов и их теории (см. воспоминания Л.Н. Пушкиной).

 

С этими пластмассовыми сложными детекторами у нас произошла трагедия. Перед отправкой на выставку набранный из пленок и нитей детектор Володя решил прогреть, чтобы получить оптический контакт между слоями, улучшив адгезию при нагревании. Перед днем отправки оставленный на ночь образец при нагревании потек, и детектор потерял цилиндрическую форму. Пришлось отправлять образец меньших размеров. В итоге через год после американцев нами был создан полностью автоматизированный сцинтилляционный 64-канальный анализатор спектров гамма-излучения, т.е. первый в СССР автоматический гамма-спектрометр. Потребности в таких приборах были велики, в большей степени в поисковой геофизике: для активационного гамма-каротажа в нефтяной, угольной промышленности, гамма-гамма-каротажа ценных металлов, определения пластов залегания руд, углеводородных и углесодержащих сред.

 

С помощью меченых атомов

и. рабинович - газета "за индустриальные кадры", 18 июня 1957 г.

 

В Свердловске совместно с нейрохирургами физинститута над вопросом применения меченых атомов в топической диагностике в 1955-1957 гг. работали физико-техники политехнического института. За этот период научные работники и студенты лаборатории дозиметрии оказали большую помощь медицине. Под руководством старшего преподавателя Ю.К. Худенского студенты Н. Напольский и А. Егоров разработали специальное измерительное устройство для лаборатории радиологии физинститута. Летом прошлого года они закончили монтаж своей установки, и врач А.Н. Ильницкая получила возможность продолжать исследования, добиваясь новых данных в ходе многочисленных экспериментов. Но для того, чтобы метод меченых атомов завоевал себе право на жизнь, в нейрохирургии необходима более совершенная аппаратура. С этим связаны новые теоретические разработки в дипломных проектах Н. Напольского и А. Егорова, недавно успешно защитивших звания инженеров. Н. Напольский рассмотрел некоторые вопросы теории коллиматоров, отсутствующие в литературе, и пришел к весьма интересным выводам. А. Егоров разработал новый принцип записи изодоз и практически показал возможность проводить качественные измерения по топической диагностике. Оба проекта заслуженно одобрены учеными-медиками, в частности профессором С. Шефером. Большой интерес представляют выполненные под руководством Ю.К. Худенского работы лаборатории с жидкими и пластическими сцинтилляторами. Применение жидких сцинтилляторов для целей курортологии даст возможность изучить механизм проникновения различных веществ в организм при лечении целебными ваннами, грязями и т.п. Большое будущее принадлежит, несомненно, пластическим сцинтилляторам.

 

Вспоминает Л.Н. Пушкина, преподаватель кафедры в 50-е годы

газета "за индустриальные кадры", 4 февраля 1988 г.

 

В то время (это были 1951-53 гг.) на почве борьбы с космополитизмом расцвело махровое русофильство, пренебрежение ко всему, что создано не у нас, с запретом даже упоминать о заслугах любой науки, кроме русской. А потом случилось совсем непонятное и страшное. Разнесли Паулинга, и его электронные представления в органической химии были объявлены механистическими, порочными. Примерно в это же время, как мне рассказывал недавно Г. В. Скроцкий, работавший тогда в УрГУ, его вызвали в ректорат, и ректор Г. И. Чуфаров поручил ему написать статью с критикой в адрес апологетов идеализма, нашедших пристанище в УПИ, их механистических, порочных представлений. Когда он возразил, что он теоретик-физик и ничего не понимает в химии, его ободрили: «Вы же читаете в теоретической физике строение атома, вот и пишите, а о химии позаботится профессор Есафов». Скроцкий отказался, а весной его обвинили в том, что в своих лекциях он выступает как идеалист, описывая состояние электрона дельта-функцией, в то время как В.И. Ленин учил, что «электрон неисчерпаем». На беду в траурные мартовские дни 1953 года, а именно в самый день похорон Сталина, он опоздал не то дежурить к его портрету, не то на собственную лекцию, и за все вместе его выгнали из УрГУ.

 

АСНИ-РОСТТ

 

Семидесятые годы заканчивались успешно. Научное направление Ф.Ф. Гаврилова обогатилось благодаря Б.В. Шульгину новыми объектами исследования, спектроскопическими (экспериментальными и теоретическими) методами и подходами, обширными научными связями как в СССР, так и за рубежом, и главное, отрядом молодых кандидатов наук. Объективно настало время перемен, нового качественного скачка. Состояние дел и перспективы обсуждаются и кулуарно, и публично на Зимних школах по радиационной физике. Стало ясно, что обеспечением себя образцами для исследований физики не должны заниматься. Особенно твердофазным синтезом. Те, кто через это прошел (Н.И. Кордюков, A.В. Кружалов, В.Л. Петров, B.И. Рогович, В.Ю. Кара-Ушанов и др.), считали, что химик должен заниматься своим делом, а физик своим. Отсюда следовало: прикрывая синтез образцов, силы, энергия, знания и интеллект должны направляться на создание новых современных экспериментальных установок. Обсуждению этой проблемы посвящаются специальные семинары, тематика Зимних школ. Так, пятичасовой доклад доцента Кружалова А.В. о синхротронном излучении на Зимней школе в 1978 году послужил отправной точкой для создания на накопителе ВЭПП-2М ИЯФ СО АН СССР совместного канала ВУФ-спектроскопии. Пионером-исследователем этого направления стал В. М. Захаров.

 

на зимней школе

 

Другим экспериментальным направлением, которое энергично обсуждалось, - время-разрешенная люминесцентно-оптическая спектроскопия. Если время-разрешенные спектры по точкам, вручную стали уже получать в Томске, а затем и в Риге, то автоматизированных установок еще нигде не было. Идея подобной установки была продумана и сформулирована А.В. Кружаловым и Л.В. Викторовым. Однако на этом этапе они до конца не представляли всей сложности и грандиозности возможного проекта.

 

Но их желанию и оптимизму способствовал ряд факторов. Во-первых, наступил этап нового поколения вычислительной техники. В вузе на ВЦ у А.Н. Ковшова появились новые польско-советские компьютеры МЕРА-60 (с процессором «Электроника-60»), во-вторых, заканчивается кафедральный «самстрой» - строительство гелиевой станции. Появлялись дополнительные площади под исследовательские лаборатории, в которых, естественно, надо было размещать низкотемпературные установки.

 

И, наконец, стали создаваться координационные планы АН СССР и Минвуза «Компьютеризация научных исследований и использование АСНИ в учебном процессе». При горячей поддержке проректора по науке И.Ф. Худякова директор ВЦ УПИ Ковшов А.Н. и доцент Кружалов А. В. пробиваются в минвузовскую программу и получают финансирование под этот проект.

 

Создается идейное ядро АСНИ - Викторов Леонид Викторович (кафедра экспериментальной физики), Макаров Эдуард Петрович (ВЦ), Нусинзон Леонид Моисеевич (главный программист ВЦ). Период создания АСНИ-РОСТТ занял четыре года - четыре года плотнейшей работы на всех уровнях. Пустые и новые помещения гелиевой станции в 1980 году заполнились неравнодушными творческими людьми: студентами, дипломниками, аспирантами и научными сотрудниками. А.В. Кружалов и Л.В. Викторов неформально, но очень четко организовали УИРС, свой научный семинар, регулярные отчеты исполнителей. Кадровый конвейер заработал. В итоге была создана не только АСНИ, но и сформированы профессиональные основы десятков современных инженеров, защищено 8 кандидатских и одна докторская диссертация. Во многом благодаря АСНИ научная школа кафедры в 80-е годы была признана ведущей мировой научной общественностью.

 

Как это было? Примерно точно знавшими, что надо создать, были Л.В. Викторов и А.В. Кружалов. При непосредственном участии Л.В. Викторова были разработаны и испытаны прообразы электронных подсистем и физического оборудования будущей АСНИ. На этом заделе в дальнейшем она и была построена. Координация работ, финансирование, решение всех важнейших оргвопросов оставалось за блестящими организаторами - А.В. Кружаловым и А.Н. Ковшовым.

 

Все, что делается впервые, делается сложно, не совсем оптимальным путем.

Поэтому сначала нужно было научиться понимать, что же физики хотят от программистов, как получить от «железа» физической установки осмысленную информацию, и как картину физического явления, скрытую в бесконечных наборах чисел, донести до исследователя, ничего не потеряв и не исказив при этом. В этом плане роль главного программиста, блестяще исполненная Л.М. Нусинзоном, была сыграна виртуозно! В распоряжении его команды (Кунцевич Г.А. - главный разработчик программного обеспечения и баз данных, Иванова Оля, Скопинова Вера, Киндлер Ира) был «огромной» вычислительной мощности компьютер МЕРА-60. После модернизации - с оперативной памятью до 28 килослов, с перфоленточной системой ввода-вывода, устройством печати DZM-180. А самое главное, он был укомлектован «суперустройством» внешней памяти: станция 8-дюймовых флоппи-дисков с двумя (двухсторонними!) карманами емкостью по 240 килобайт на сторону. Это смешно звучит только сейчас, тогда же это было очень серьезно. Запускали этот «суперкомпьютер» месяца три самостоятельно, что очень способствовало в дальнейшем поддержанию его в рабочей форме, поскольку «суперу» надежностью похвастать было нельзя.

 

идеологи асни:

л.в. викторов, а.в. кружалов, а.с. шеин

 

Основную часть работ по запуску этого первого «суперкомпьютера» взял на себя Шеин Александр Сергеевич, выпускник кафедры ЭФ 1979 г. Несмотря на то, что ранее он вообще не занимался компьютерной техникой, ему сравнительно быстро удалось это. Впоследствии он участвовал в разработке большинства электронных модулей управления и сбора информации, в комплексной отладке всей программно-аппаратной части АСНИ, руководил разработкой новых, а также модернизированных модулей, вводимых по мере развития АСНИ. Все электронные модули разрабатывались в очень модном и прогрессивном тогда стандарте КАМАК.

 

Основной рабочей силой были студенты и дипломники кафедры, которые лудили, паяли, настраивали и попутно защищали дипломы. Требование было одно: чтобы все надежно работало! Один только перечень фамилий всех основных участников создания узлов, блоков для АСНИ-РОСТТ выглядит довольно внушительно. Вот он:

 

Кузнецов Андрей - МАФС-1 (модуль анализатора формы сигнала: самая первая пионерская разработка);

Заславский Виктор - МАФС-2 (первая работоспособная версия в конструктиве КАМАК);

Никольский Олег - МАФС-3 (самый быстрый прибор, проработавший долгие годы);

Трапезников Олег - модуль управления шаговым двигателем монохроматора (первый модуль, управляемый встроенным микропроцессором (типа lntel8080);

CKOTHиKOB Владимир - модуль программируемого таймера. Это один из основных и сложных компонентов подсистемы получения информации о форме кривой высвечивания. Проработал в установке очень долго;

Ярушин Анатолий - модуль управления электронной пушкой;

Атаманов Вячеслав - МАС/11 (модуль анализа стационарной люминесценции - первый модуль этого типа);

Полуянов Ярослав - МАС/12 (модуль, вошедший в состав рабочей версии АСНИ-РОСТТ);

Закамалдин Александр - высокочастотный тракт счета фотонов, прибор для отбора одноэлектронных ФЭУ; модуль быстрого АЦП (БАЦ);

Евсеев Алексей - МАСЛ-3;

Салтанов Николай - блоки питания и схемы управления шагового двигателя и фильтрами;

Ваулин Евгений - подсистема регулирования температуры в криостате;

Подуровский Сергей - силовая часть управления шаговым двигателем монохроматора, оптическими фильтрами и отладка методик проведения измерений;

Крымов Андрей - отладка методик; узел измерения интенсивности пучка от аппарата МИРА-2Д.

 

Многие выпускники остались работать на кафедре и продолжать начатую работу. Собственно экспериментальную установку под АСНИ-РОСТТ («железо» - как тогда говорили) разрабатывали, вытачивали и собирали старшекурсники:

Волков Андрей - разработка и изготовление всего основного «экспериментального стола», оптических трактов АСНИ, вакуумного криостата и вакуумных подсистем;

Ершов Владимир - методики измерений и калибровок оптической части, участие в разработке структуры АСНИ-РОСТТ.

 

Можно вспомнить множество историй, больших и малых, как добывались отдельные приборы, узлы и компоненты для АСНИ-РОСТТ. Тогда не было еще понятия «бартер». Просто мы просили передать КЭФ, реже обменять или продать, т.к. денег в принципе почти не было. Например, светосильный оптический монохроматор был позаимствован в УФАНе. Там же А.В. Кружалов выпросил уже устаревший и не использовавшийся рентгеновский аппарат УРС-1.0.

Одна из самых сложных и захватывающих страниц «не существующего тогда бартера» - добыча сложнейшего вакуумного криостата с высокоточной стабилизацией температуры в любой точке диапазона 80-600 К. Этот уникальный криостат (кстати, весьма недешевый - около 200000 руб. в ценах 1984 г.) был создан в институте ФТТ Рижского госуниверситета. Так как денег на приобретение не было, то А.В. Кружалов начал искать безденежные варианты. Случай не заставил себя долго ждать. Ивар Годманис, аспирант Рижского госуниверситета, заканчивал строительство криогенной станции у себя в университете. Дело застопорилось из-за отсутствия громадных емкостей для газов высокого давления - пяти реципиентов. В СССР их выпускал только Первоуральский новотрубный завод, а лимиты выдавал только Госплан СССР. А.В. Кружалову задача была сформулирована рижанами просто: добудьте реципиенты, на деньги рижан купите и отправьте ж/д транспортом до Риги; взамен получите бесплатно криостат.

 

Ситуация складывалась безвыходная. Понимая, что теоретически безвыходных ситуаций не бывает, стали искать связи, варианты. Подключив В.Л. Петрова и его родственников, получили лимиты, но только на УПИ. Это означало, что и платить будет УПИ. Как всегда, выручил проректор по науке И.Ф. Худяков, купив реципиенты для УПИ. Но ситуация снова стала тупиковой. Оказалось, что новое оборудование вуз не имеет права ни продать, не передать. Путем определенных хитроумных комбинаций и эта задача была разрешена.

 

Самое сложное ждало нас на финальной стадии.

Как заполучить четырехосную железнодорожную платформу и занарядить ее в Ригу? Решили пойти нестандартным путем: поручили студенту прикрепленной группы А.В. Кружалова Фт-461 Мише Дашевскому вместе со своим отцом эту почетную задачу решить. Так как Д.М. Дашевский работал заместителем начальника Свердловской железной дороги, то был разработан оперативный алгоритм, без каких-либо нарушений инструкций и законности. Реципиенты благополучно доехали до Риги. Рижский университет стал «купаться» в жидком гелии, а АСНИ-РОСТТ наконец-то приобрела свое «сердце» - малоинерционный регулируемый криостат.

 

P.S. Через 12 лет аспирант-физик Ивар Годманис стал премьер-министром Латвийского суверенного государства.

 

В АСНИ-РОСТТ внедрено и реализовано столько оригинальных инженерных идей, что их хватило бы на несколько диссертаций. Многие разработки оформлены в виде авторских свидетельств на изобретения (более десятка), статей в местных и центральных технических журналах и сборниках, в докладах на конференциях. Одна беда - не было соответствующего кандидатского Ученого совета по техническим наукам в нашем регионе. Особый вклад в создание экспериментальной части АСНИ внес А.Р. Волков, который на последнем курсе, перед защитой диплома (1983 г.), начал разрабатывать чертежи и схемы всей оптической и вакуумной части АСНИ-РОСТТ и размещать заказы на предприятиях Свердловска. Фактически он стал лидером и впоследствии «директором» установки. Неоценим вклад заведующего кафедрой Б.В. Шульгина. Вместе с ним планировалась работа, определялся круг исследуемых объектов, обсуждались результаты, писались статьи и заявки на изобретения. Как заведующий кафедрой он активно помогал в организации работ, содействовал изготовлению и многих узлов в мастерской кафедры экспериментальной физики, добыче необходимых компонентов и приборов. Конечно, мы перечислили не всех, а только главных участников работ.

 

Основная работа по созданию АСНИ-РОСТТ была завершена в 1985 году, и в декабре состоялась официальная сдача этой госбюджетной темы комиссии Минвуза. Затем в течение двух лет велись доделки, отлаживались методики измерений и обработки информации. С января 1985 г. началась основательная эксплуатация установки. Аспиранты, студенты, научные сотрудники из многих дружественных организаций Советского Союза стояли в очереди на эксперимент. Ее уникальные характеристики были непревзойденными. По результатам, полученным с помощью АСНИ-РОСТТ, написаны сотни статей и тезисов, выполнены десятки хоздоговоров, а Л.В. Викторов, С.В. Горбунов, В.Ю. Иванов, И.Н. Огородников, А.Л. Крымов, А.Р. Волков и др. защитили кандидатские диссертации.

 

Развитие вычислительной техники не могло не коснуться АСНИ-РОСТТ. Установка постоянно модернизировалась. Как только на кафедре появились первые ПЭВМ класса IBM-PC/XT(1989 г.), сразу начались планомерные работы по переводу установки на этот новый класс машин. Здесь огромную работу проделала Бузмакова Светлана при поддержке уникального программиста Г.А. Кунцевич. В 1991 г. были получены первые результаты измерений на АСНИ с помощью IBM-PC. После громоздкой и ненадежной МЕРЫ-60, с которой основательно намучились, работать на установке стало одно удовольствие.

За 50 лет кафедра прошла различные этапы развития. Сложился дружный, авторитетный и эффективно работающий коллектив, который сохраняет и развивает лучшие традиции. В этом заслуга не только заведующих кафедрой и профессорско-преподавательского состава всех лет, но и общественных организаций. До 90-х годов на кафедре гармонично сочетались административные, партийные и общественные формы управления. В вопросах кадровой политики, стратегии развития кафедры, общественной жизни особую роль играла партийная группа. На ее собраниях тщательному анализу и обсуждению подвергались практически все стороны жизни коллектива, заслушивались самоотчеты заведующих кафедрой. Были созданы, интересно и эффективно работали философские семинары, кружки текущей политики и многое другое. Совместно с профсоюзной организацией решалась масса вопросов производственного, социально-бытового и оздоровительного характера.

 

Секретарями партийной группы кафедры в разные годы избирались: В.С. Перетягин, A.К. Штольц, К.А. Суханова, B.С. Кортов, А.В. Кружалов, А.П. Оконечников, А.А. Пузанов, А.И. Коссе и др. В первые десятилетия своего развития, когда закладывались основные традиции кафедры, многое было создано самими студентами. Студенческое самоуправление в ту пору реализовывалось через комсомольскую организацию кафедры. Старшекурсники помогали первокурсникам, было создано студенческое научное общество (СНО), которым руководили сами студенты, работала кафедральная учебная комиссия, издавалась своя стенгазета, проводились спортивные и культурно-массовые мероприятия. Именно в те годы зародилось и развилось соревнование академических групп «За увлеченность своей специальностью», которое сыграло решающую роль в формировании физтеховского патриотизма, ответственного и творческого отношения к учебе и науке.

 

С появлением студенческих строительных отрядов в начале 60-х годов структура комсомольской организации физтеха была изменена. От «вертикального» (кафедрального) принципа перешли на «горизонтальный» (курсовой). Исчезли бюро ВЛКСМ кафедр и появились курсовые бюро. Долгое время шли дебаты: как работать эффективнее? По «вертикали» или «горизонтали»? В течение последующих более чем 25 лет комсомольская организация работала по «горизонтали», и центр студенческого самоуправления переместился из студенческих групп в ССО. Подавляющее большинство студентов тех лет прошли блестящую и незабываемую школу стройотрядов.

 

на уборке урожая

 

И для студентов, и для сотрудников жизнь кафедры состояла не только из учебной и научной работы. Как во всех вузах и многих предприятиях страны, жизнь кафедры в сентябре месяце замирала.

 

По разнарядке райкома партии, штаба труда института студенты первого, второго курсов и определенный процент сотрудников кафедры отправлялись на уборку урожая в колхозы и совхозы близлежащих районов.

 

По традиции факультету и кафедре доставались Белоярский и Каменский районы. Всем поколениям студентов и сотрудников незабываемы такие названия деревень, как Чернобровка, Брусяны (и Большие, и Малые), Кремлевка, Грязнуха, Марамзино, Часовая, Покровка и другие. Незабываема и песня В. Высоцкого:

 

Товарищи ученые!

Доценты с кандидатами! Замучились вы с иксами, запутались в нулях, Сидите, разлагаете

молекулы на атомы, Забыв, что разлагается

картофель на полях.

 

Работа на полях - тяжелая, грязная.

Копали и убирали с помощью лопат и вил, обрезали топориками и ножами. Картофелеуборочные комбайны, так называемые «маципуры», появились лишь к семидесятым годам. Но затяжные дожди эту технику останавливали, и снова приходилось браться за вилы.

Собирались на уборку урожая серьезно. Брали рюкзаки, заполненные термосами с кофе и чаем, многослойными бутербродами, банками консервов и фляжками с согревающим напитком. С нетерпением ждали того момента, когда можно уже сесть, а честно говоря, упасть и наконец-то развязать заветный рюкзачок. Но до этого момента нужно было выполнить норму или, по крайней мере, половину нормы. Технология ее выполнения была разной, поскольку вся выезжающая с факультета команда разбивалась на кафедральные группы, а уже внутри кафедры - на более мелкие.

 

Как правило, последние представляли коллектив отдельной лаборатории и называли ее на поле бригадой. По одной технологии бригадир устраивал обед после выполнения половины нормы. Продолжать работу такой бригаде после обеда было тяжело, но всегда по полю бегал энергичный молодой человек от штаба института, который поднимал засидевшихся товарищей на работу. По другой технологии обед начинался по окончании нормы.

 

Еле передвигая ноги, доходили до ближайшего кустика или полянки и с чистой совестью начинали отмечать окончание работ. Расстилали «скатерть-самобранку», разводили костер, пекли картошку (пользоваться плодами своего труда разрешалось только на поле).

 

Надо сказать, что обратный путь до электрички, а это три-пять километров, давался уже с трудом. Колонна сборщиков урожая растягивалась на всю длину пути. По дороге собирали грибы и тешили себя надеждой, что обед в институтской столовой будет дешевым, поскольку труд наш был бесплатный и по договоренности с колхозом (совхозом) овощи в вуз поступали по низким ценам. Несмотря на то, что труд был принудительным, об этой поре каждый, наверное, вспоминает с легкой улыбкой и добрыми чувствами.

 

субботник на кафедре

 

Такие же чувства, вероятно,

остались и от ленинских субботников.

В эти дни кафедра занималась уборкой прилегающих к ней территорий, драила стены и двери, отмывала до блеска окна в своих лабораториях. По случайному совпадению ленинский субботник проходил накануне Дня науки СССР.

 

Проигнорировать сей факт чаще всего было нельзя, и в чистых лабораториях накрывался стол для достойной встречи одного из наших профессиональных праздников. В 60-70-е годы кафедра усиленно вела работу по расширению производственных площадей. Осуществлялось это собственными силами так называемым хозспособом. Таким способом возведены пристрои, где сейчас находятся лаборатория спектроскопии, ОНИЛРП, учебные лаборатории электроники, так был построен корпус гелиевой станции вместе с прилегающими лабораториями.

Строительство гелиевой станции

М.В. Василенко, выпускник 1968 г.

 

В институте было решено строить гелиевую станцию на физтехе. Был 1978 год.

Поручили это кафедре экспериментальной физики. При выборе руководителя работ остановились на мне как на бывшем производственнике и бойце студенческих отрядов. К этому времени я уже проработал на заводе семь лет, на физтехе - три года и учился в заочной аспирантуре.

 

За порученное дело, несколько отличное от научной работы, взялся с энтузиазмом и желанием, не подозревая, что меня ждет. Оставалось два года до окончания аспирантуры. А у меня был устный спор с друзьями с завода 333, где я последнее время работал, что я за четыре года стану кандидатом. Поэтому, берясь за строительство, я и не думал переносить сроки защиты. Мне казалось, что я все сумею сделать. Было ощущение молодости, сил, желания свершать (или быть соучастником) большие дела. Наукой занимались бок о бок с моим другом Валерой Палвановым. Я его спрашиваю:

 

- Что делать? Браться или не браться? Будешь помогать?

- А что, - говорит Палванов, - вперед.

 

Я и двинул вперед! Строительство вели хозспособом, т.е. своими силами. Добывали строительные материалы правдой и неправдой. Наличных денег было мало, но много спирта - тоже конвертируемая валюта. Сначала нужен был проект. Его необходимо было согласовать и утвердить. При проектировании предусмотрели и строительство дополнительных лабораторных помещений, так как с ними был острый дефицит. Я, например, в это время работал на рентгеновской установке, в переоборудованном своими руками туалете на цокольном этаже. Поэтому гелиевая станция в проекте получилась двухэтажная.

 

При согласовании началась чиновничья канитель. Я был ответственным, но не освобожденным.

У меня были помощники, но тоже за «спасибо». Больше года шло согласование. Много было выпито за это время. Появилось много новых знакомых. Научная работа шла своим чередом, в основном ближе к вечеру. Успевали с Палвановым и отдыхать, в 21.00 поехать в «Серебряное копытце» - два пива и недорогая закуска. А завтра в девять уже на работе - закон. Удивительно сейчас вспомнить, как много можно было сделать сообща с друзьями, как было душевно. Рядом были Т. Бетенекова, В. Пустоваров, С. Чолах, А. Кружалов, Б. Шульгин, В. Старцев, Ф.Ф. Гаврилов и многие другие. Эта дружба - и в процессе строительства, и на многие годы. Проект готов. Стены кирпичные - в 2,5 кирпича толщиной. Фундамент должен быть основательным. Котлован получился огромный и внушительный. Монтаж фундамента сделали быстро.

 

Началась кладка стен. Находили своих каменщиков из студотрядов. Платили по договоренности.

Составили график отработки на строительстве на подсобных работах по кафедре и по физтеху. И все это опять на голом энтузиазме. Все работы, естественно, производились с нарушением ТБ и охраны труда. Поразительно, что за все время строительства не было ни одного случая травмы. Начали расти стены. Надо было закладывать оконные блоки, двери, столярку и т.д. Но очень важно было до продолжения кирпичной кладки дальше вовремя затащить внутрь здания крупногабаритное гелиевое оборудование и обязательно два газгольдера. Просто потом это было бы не сделать. Строительство - это всегда (кроме прочего): одно есть, другого нет. Часто было, что раствор привезут, кирпич есть, а людей нет. Конечно, и график нарушался. Я горячий. Ругался, доказывал. Ссорился. Дело шло. Наступил 1981 год - время окончания аспирантуры. Я хотел защититься вовремя. Поэтому продолжал эксперимент и другую необходимую научную работу.

 

Подполковник

Василий Дмитриевич Павлов

 

Был приглашен на кафедру экспериментальной физики в 1988 году после увольнения с военной кафедры УПИ и был направлен в строящуюся гелиевую лабораторию, годы 1988-1992 были связаны с установкой, наладкой оборудования и пуском гелиевой станции. В 1990 году назначается заведующим криогенной лабораторией. 7 июля 1992 года актом за № 226 гелиевая ожижительная установка Г-45 с машинным залом и рампой была принята и сдана в эксплуатацию с производительностью получения жидкого гелия 45 литров в час. Производительность станции полностью обеспечивала проведение лабораторных работ для студентов института, занимающихся проблемами криогеники в рамках УИРС, дипломного проектирования, обеспечивала криогенные исследования фундаментально-прикладного плана. К сожалению, начались годы перестройки, и гелиевая станция оказалась невостребованной. В 1994 году перед кафедрой была поставлена задача - обеспечить жидким азотом не только кафедру, факультет, но и весь институт. Имевшаяся на кафедре азотная станция физически и морально устарела и в 1994 году была демонтирована.

 

Благодаря конструктивной позиции ректора университета С.С. Набойченко в августе 1994 года были приобретены две азотные установки ЗИФ-1002. Началась работа по их установке, наладке и пуску с участием представителя завода «Арсенал» г. Санкт-Петербурга. Работа была закончена в рекордные сроки. Актом от 3 ноября 1994 г. азотные установки ЗИФ-1002 были запущены и сданы в эксплуатацию с производительностью жидкого азота 10 л/час каждая. В настоящее время это действующие установки.

Современные технологии образования

по электронным дисциплинам кафедры ЭФ

Н.Ф. Школа, выпускник 1974 г.

 

Сравнительно новым методом проектирования для разработчика электронных средств является программное моделирование электронных схем в среде схемотехнических систем автоматизированного проектирования САПР. Под руководством старшего преподавателя Н.Ф. Школы на базе кафедральной сети реализуется комплексный проект автоматизированного обучения электронным дисциплинам и автоматизированного проектирования электронных устройств. Введение в инженерную практику методов автоматизированного проектирования дополняет компьютерным моделированием традиционные методы проектирования - расчеты и макетирование разрабатываемой аппаратуры.

 

Автоматизированное проектирование позволяет наряду с расчетом схемы осуществить цикл ее сквозного проектирования. Цикл включает в себя синтез структуры и принципиальной схемы устройства, анализ его характеристик в различных режимах с учетом разброса параметров компонентов и воздействия дестабилизирующих факторов, параметрическую оптимизацию, синтез топологии изделия, включая размещение элементов на плате или кристалле и разводку соединений, обеспечивает выпуск конструкторской документации. Современные программы САПР работают в интерактивном режиме.

 

Благодаря большому набору сервисных модулей упрощается взаимодействие разработчика со средой проектирования, набор входящих в систему программных модулей может быть оптимизирован. Наиболее распространенными программами моделирования аналоговых, цифровых и смешанных устройств являются программы семейства Pspice корпорации MicroSim. Они заслуженно пользуются популярностью у разработчиков аппаратуры и де-факто стали эталоном. Для образовательных целей более всего подходят пакеты программ схемотехнического моделирования Micro-Cap фирмы Spectrum Software и Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies. Алгоритмы последних версий этих программ совместимы по формату с программой моделирования Pspice.

 

Данные программы (их студенческие версии) применяются на кафедре ЭФ как при изучении принципов работы электронных схем в лекционных курсах по электронике, лабораторных практикумах, при выполнении курсового проектирования, для самостоятельной подготовки студентов, так и при проведении НИРС. Лабораторный практикум по курсам аналоговых электронных устройств и детекторной электронике включает моделирование исследуемых схем в среде Micro-Cap 6 и последующее экспериментальное их исследование на макетных платах GL48. Моделирование аналоговых схем позволяет не только глубже понять их работу, но и получить сведения о предельных и запредельных режимах работы полупроводниковых приборов в схемах, изучить влияние их внутренних параметров на характеристики всего устройства. При разработке любых электронных схем всегда следует помнить, что аналоговые приборы и устройства составляют аппаратный базис современных дискретных и цифровых схем, поэтому их изучению следует уделять повышенное внимание.

 

Несомненными достоинствами профессиональной подготовки инженеров-электронщиков с применением САПР являются: доступность математических моделей приборов и устройств мировой элементной базы, современных ее достижений, освоение современных тенденций проектирования электронных средств, таких как сквозное проектирование и создание компьютерных виртуальных измерительных приборов реального времени. Этому способствует существующая на кафедре ЭФ возможность выхода на данные ресурсы через сеть Internet.

 

Всё более совершенствуется техника измерений параметров электронных устройств детектирования и преобразования сигналов датчиков различного назначения. В практику введены цифровые методы измерений: арсенал средств пополнен современными цифровыми осциллографами и приборами оцифровки сигналов в реальном времени на базе цифровых сигнальных процессоров. Сочетание теоретических знаний, возможностей современных схемотехнических САПР и непосредственного опыта, который дают экспериментальные исследования, - вот слагаемые успешной подготовки и профессиональной деятельности инженера в областях современной электроники. Пятилетний опыт работы с различными версиями программы Micro-CAP стал основой для создания на основе современных технических средств новой технологии обучения, а также ряда методических материалов для интерактивного самостоятельного изучения. Их базу составляют:

 

• учебное пособие по системе;
• обучающие слайд- фильмы;
• конспекты лекций в формате pdf и ppt;
• базы моделей электронных компонентов отечественных и зарубежных производителей;
• методические материалы «Мультимедийная обучающая система по курсу САПР Micro-CAP» на CD-носителе;
• мультимедийная обучающая система автоматизированного проектирования электронных устройств, которая включает следующие автоматизированные обучающие модули:
• видеолекции по основам взаимодействия с проектной средой и основным ее возможностям анализа электронных схем;
• текстовые материалы по курсу САПР электронных схем;
• тренажер по электронным цепям, входящим в состав спектрометрических устройств;
• установочные дистрибутивы студенческих версий программы и файлы примеров схем лабораторного практикума по аналоговым электронным устройствам.

 

Успешное освоение среды проектирования Micro-CAP позволило

не только решать вопросы углубленного преподавания курсов по электронике, повышения качества и интенсификации обучения, обеспечения индивидуального обучения, но и эффективно использовать автоматизированное проектирование при решении задач по созданию схем и устройств детекторной электроники на различных этапах выполняемых НИР.

 

Открытие специальности "Инженерное дело в медико-биологической практике"

и лаборатории инженерной медицины и лазерной диагностики

 

кузьмина Н.С., выпускница 2000 года

Плаксин Ф.Г., выпускник 1999 года

Посвящается

преждевременно ушедшей от нас

Татьяне Александровне Бетенековой

пролог

В настоящее время остро стоит вопрос о глубокой специализации научного исследования. Между тем все проблемы, которые имеют общественно значимый смысл, как правило, междисциплинарны. Это противоречие бросает вызов науке - и ее внутренней организации, и сложившейся практике ее отношений с современным обществом. Одна из самых серьезных проблем сегодня - трудность развития интегративных, обобщающих работ. Для разрешения противоречий нужен новый тип специалистов, нужна система подготовки междисциплинарных инженеров и ученых. Понимая необходимость такого подхода при подготовке инженеров для нужд медицины, заведующий кафедрой экспериментальной физики А.В. Кружалов принимает решение о развитии нового направления - «Биомедицинская техника».

 

Актуальность

Происходящие качественные изменения в методах и средствах медико-биологических исследований, диагностики и терапии привели к тому, что практическая медицина достигла по оснащенности и насыщенности уровня современных наукоемких производств на базе сложнейших физико-технических систем. Однако зарубежная и отечественная практика показывает, что для эффективного использования новых медико-биологических технологий в составе медицинского персонала нужны специалисты инженерного профиля с глубокой фундаментальной и физико-технической подготовкой. Биомедицинский инжиниринг ставит своей целью разработку и обслуживание медицинских приборов, развитие новых технологий диагностики, терапии и профилактики заболеваний, биомедицинский эксперимент.

 

Для обеспечения развития и обслуживания технических средств в организациях Минздрава, на предприятиях медицинской промышленности и других организациях Уральского региона необходимо обеспечить планомерный приток специалистов с высшим образованием, способных эффективно решать соответствующие инженерные задачи. По оценкам Департамента службы занятости населения, только по Свердловской области потребность в таких специалистах составит не менее 20-25 человек в год. Подготовка инженеров по специальности «Инженерное дело в медико-биологической практике» в вузах Уральского региона не осуществлялась вплоть до 2000 года.

 

Результат

Кафедра экспериментальной физики взяла на себя смелость изменить сложившуюся в регионе ситуацию и организовать подготовку инженеров соответствующего профиля. В качестве идеологии подготовки инженеров в области медицинской физики и биоинжиниринга кафедра заложила принципы фундаментальности, единства учебного и научного процессов, объединения биологических и технических элементов, кооперации с медицинской академией, увязки технических дисциплин с биомедицинским профилем специальности.

 

Скоро только ядра делятся, а внедрение новой специальности - дело долгое и мучительное. Более двух лет прошло, прежде чем была выработана стратегия, соблюдены все необходимые формальности и получена лицензия. Выпускники физтеха не забывают alma mater, вот и в этом случае на помощь родной кафедре пришел в прошлом студент, а ныне профессор кафедры, а также директор Государственного унитарного дочернего предприятия НИКИЭТ «Техноцентр «ЛТ»» Сергей Мирославович Вовк. Его предприятие на протяжении ряда лет занимается разработкой медицинского оборудования и напрямую заинтересовано в квалифицированных медицинских инженерах. Весной 2000 года администрация УГТУ по предложению А.В. Кружалова и С.М. Вовка принимает решение о создании лаборатории инженерной медицины и лазерной диагностики, удачно совместившей учебную (для поддержки новой специальности) и научно-исследовательскую (филиал Техноцентра «ЛТ») направленности. Логично, что ее научным руководителем стал С.М. Вовк.

 

Для лаборатории выделили заброшенный закуток Фт-182, где ранее располагалась некая компьютерная фирма, а еще раньше - азотная станция. Заниматься организацией лаборатории и развитием нового направления поручили двум молодым аспирантам: Н.С. Кузьминой и Ф.Г. Плаксину. В апреле 2000 года их будущее рабочее место представляло собой мечту спелеолога: по сталактитам оборванных обоев с потолка бегут ручьи, пола нет, на стенах грибок, в воздухе промозглая сырость, несмотря на весеннее солнце за мутным окном. Но железо надо ковать из любого положения, и благодаря финансовой поддержке С.М. Вовка, смекалке Ф.Г. Плаксина, опыту заместителя заведующего кафедрой Ю.А. Ушакова, безграничному мастерству бригады строителей-ремонтников и дизайнерски-обаятельным способностям Н.С. Кузьминой осенью 2000 года Фт-182 уже была одной из самых уютных и современных лабораторий в УГТУ. К этому времени коллектив лаборатории увеличивается на два человека - аспиранта Р.А. Моисеенко и инженера А.Я. Баутина. Приоритетные направления научных исследований новой лаборатории определены как светооптическая диагностика патологических новообразований и исследование оптического поглощения инертных газов. Летом 2000 года список специальностей физтеха увеличился на одну строку - 190 600 «Инженерное дело в медико-биологической практике». А осенью на факультете появилась группа под кодовым названием «Фт-198», состоящая из 15 человек. Молодо, да не зелено, - решили на кафедре и поручили кураторствование Ф.Г. Плаксину. Так началась история медико-биологического образования на физтехе.

 

Презентация

Логическим завершением этапа подготовки внедрения нового научного и учебного направления стала презентация специальности «Инженерное дело в медико-биологической практике», состоявшаяся 12 января 2001 года на базе лаборатории инженерной медицины и лазерной диагностики.

 

На презентацию были приглашены представители правительства Свердловской области, Президиума УрО РАН, главы ведущих предприятий г. Екатеринбурга в области медицинской техники, а также руководители вузов и академических институтов медико-биологического и технического профиля, а также ряд ведущих врачей области.

 

Достаточно только назвать нескольких участников: С.И. Спектор - зам. председателя правительства Свердловской области; В.Н. Чарушин - член-корр. РАН, зам. председателя президиума УрО РАН; О.Н. Чупахин -академик РАН, директор Института органического синтеза Уро РАН; Л.М. Кузнецов - директор Уральского электромеханического завода и многие другие. Во время презентации состоялся научно-практический семинар "Актуальность медико-технического образования в XXI веке". Со вступительным словом обратился ректор УГТУ член-корреспондент РАН С.С. Набойченко.

 

Были представлены доклады о концепции подготовки инженеров по новой специальности и медико-технических разработках кафедры экспериментальной физики (А.В. Кружалов), проблемах подготовки специалистов по направлению "Биомедицинская инженерия" (С.М. Вовк) и состоянии здравоохранения Свердловской области (зам. председателя правительства Свердловской области по социальным вопросам С.И. Спектор).

 

На состоявшемся после семинара банкете было выработано решение о необходимости всестороннего сотрудничества ведущих предприятий г. Екатеринбурга в области медицинской техники и академических вузов медико-биологического и технического профиля. Таким образом, оказалась достигнута главная цель презентации - налажен контакт с силами, заинтересованными в развитии инженерно-медицинского образования.

 

Эпилог:

Величина начального импульса вкупе с высокой активностью участников проекта

позволяют с оптимизмом смотреть на будущее медико-физического образования

на родной кафедре.