|
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ
Радіофізичний факультет Київського національного університету імені Тараса Шевченка є провідним в Україні центром підготовки фахівців у галузі радіофізики та електроніки. Найстарішою кафедрою цього факультету є кафедра фізичної електроніки.
Нагадаємо, що електроніка – це наука про прилади та пристрої, в основі роботи яких лежить рух заряджених частинок (електронів або іонів) у вакуумі, газі чи твердому тілі. Фізична електроніка вивчає ті фізичні процеси, які визначають роботу названих приладів.
Отже, про кафедру фізичної електроніки й піде мова у цій статті.
1. Історія кафедри
Коли у 1932 році було прийняте рішення про відновлення Київського університету (заснований ще в 1834 році, він був закритий рішенням радянського уряду України у 1920 році), в його складі було організовано фізико-математичний факультет. На факультеті відра-зу ж було створено серед інших і спеціалізацію “електрофізика”, якою керував молодий вчений, співробітник Інституту фізики Н.Д.Моргуліс. У 1937 році спеціалізацію було реорганізовано в однойменну кафедру, яка у 1940 році увійшла до складу новоствореного фізичного факультету. На цей час її керівник Н.Д.Моргуліс вже став доктором фізико-математичних наук, професором та членом-кореспондентом Академії наук України. У 1952 році кафедра електрофізики була перейменована в кафедру фізичної електроніки. Тоді ж на її базі було організовано радіофізичний факультет, у складі якого вона існує й досі.
Визначний український учений Н.Д.Моргуліс (цього року відзначатиметься сторіччя з дня його народження), який очолював кафедру до самої своєї смерті (1976), став засновником київської наукової школи з фізичної електроніки. Ця школа поєднує дослідження в галузі фізики поверхні та емісійних явищ і фізики низькотемпературної плазми. З неї вийшло три академіки та три члени-кореспонденти Національної Академії наук України, численні доктори наук, професори, що працюють в установах Академії наук (Інститут фізики, Інститут ядерних досліджень, Інститут електрозварювання, Інститут вугільних енерготехнологій, Інститут газу та інші) та вищих навчальних закладах (у першу чергу – в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка). Значна частина представників київської школи фізичної електроніки є випускниками кафедри різних років. Всього серед випускників кафедри – близько 40 докторів наук, лауреати Державних премій України та СРСР, науковці, керівники та провідні спеціалісти промислових підприємств у галузі електроніки.
Сьогодні на кафедрі працюють 4 доктори та 15 кандидатів фізико-математичних наук.
2. Чому вчать на кафедрі
Безпосередньо підготовкою студентів на кафедрі займаються 4 професори, 7 доцентів, 1 асистент. У навчальному процесі також беруть участь декілька наукових співробітників, численні інженери. До читання лекцій залучаються співробітники Національної Академії на-ук України, зокрема, академік А.Г.Наумовець, завідувач відділу Інституту фізики, та член-кореспондент НАНУ А.Г.Загородній, директор Інституту теоретичної фізики.
Кафедра фізичної електроніки поєднує викладання загальних дисциплін радіоелект-ронного циклу для студентів молодших курсів та підготовку випускників (бакалаврів, спеціалістів, магістрів) у галузі фізичної електроніки.
Для студентів 2-3 курсів читаються лекційні курси “Радіотехнічні кола та сигнали”, “Основи радіоелектроніки”, “Коливання і хвилі”, підкріплені практичними заняттями та лабораторними роботами. При виконанні лабораторних робіт студенти знайомляться з реаль-ними радіоелектронними схемами і вчаться моделювати їх на комп’ютерах. Так забезпечується інженерна підготовка студентів-радіофізиків.
Навчання студентів на спеціалізації (тобто з середини третього курсу, після розподілу по випускаючих кафедрах) включає підготовку в декількох напрямках.
Свого часу ще Н.Д.Моргуліс вперше в СРСР започаткував на кафедрі роботи в галузі високого вакууму, без чого неможливі, наприклад, дослідження в галузі фізики поверхні твердого тіла та сучасні технології в галузі електроніки. Відтоді всі студенти кафедри отри-мують ґрунтовну підготовку в галузі вакуумної електроніки.
Сучасний фізичний експеримент просто не можна собі уявити без спеціальної радіоелектронної техніки. Відповідно на кафедрі забезпечується навчання студентів у галузі найсучасніших розділів радіоелектроніки – інтегральної та функціональної електроніки.
Електроніка історично розвивалася в напрямку освоєння все вищих частот на шкалі електромагнітних хвиль. Саме в діапазоні надвисоких частот працюють і телевізори, і мобільні телефони. Відповідно на кафедрі серйозно вивчаються і на лекціях, і на лабораторних роботах курси сучасної електроніки надвисоких частот.
Відомо, який інтерес у молоді викликає сучасна комп’ютерна техніка і як широко вона застосовується в найрізноманітніших галузях нашого життя. На кафедрі традиційно забезпечується високий рівень вивчання комп’ютерних наук, включаючи комп’ютерне моде-лювання та автоматизацію фізичного експерименту. До послуг студентів – сучасний комп’ютерний клас, де й викладаються відповідні курси.
Нарешті, базовою для всіх студентів кафедри є підготовка з основ фізичної електроніки, яка включає і лекції, і семінари, і лабораторні роботи, частина з яких виконується безпо-середньо на діючих наукових установках.
До сказаного варто додати, що на кафедрі, крім студентів, постійно працюють і підвищують свою кваліфікацію понад десять стажистів, аспірантів та докторантів. Деякі аспіра-нти виконують частину своїх дисертаційних досліджень у закордонних наукових установах (Франція, Японія).
3. Основні напрямки наукової роботи
Детальна розповідь про основні напрямки наукової роботи кафедри фізичної електроніки виходить далеко за рамки популярної статті, тому обмежимося кількома найбільш характерними прикладами.
Плазмова електроніка. При проходженні електронного пучка крізь газову
плазму
в такій системі можуть виникати і зростати різноманітні типи електричних коливань і хвиль. На основі названих явищ можна створити генератори та підсилювачі сигналів надвисокочастотного діапазону. Дослідження таких ефектів на кафедрі тривають уже понад тридцять років. Так, уже визнані класичними вимірювання еволюції функції розподілу електронів пучка в процесі його взаємодії з плазмою, здійснені професором С.М.Левитським та його учнем І.П.Шашуріним. Серед останніх результатів можна назвати ефект перенесення електромагнітних хвиль через шари щільної плазми (щільна плазма є непрозорою для електромагнітних хвиль, прикладом чого є відбиття радіохвиль від іоносфери Землі) за допомогою електронних пучків, передбачений С.М.Левитським та І.О.Анісімовим і виявлений в експериментах Л.І.Романюка зі співробітниками (Інститут ядерних досліджень НАНУ), а також вивчення перехідного випромінювання електронних пучків (перехідне випромінювання виникає в результаті руху зарядів у неоднорідних середовищах) в умовах експериментів у іоносфері та космосі, що ведуться у співдружності з К.Краффт (університет Париж-Сюд, м. Орсей, Франція). Обидва названі результати становлять інтерес для розв’язання проблеми космічного ра-діозв’язку.
Запорошена плазма. Багато десятиріч плазма розглядалася лише як суміш електронів, іонів та нейтральних атомів. І тільки якихось десять років тому стало зрозуміло, яку важливу роль можуть відігравати в ній пилові частинки. Виявилося, що плазма і в космосі, і в технологічних установках, і в термоядерних реакторах є запорошеною. Група співробітників, яку очолює професор Ю.І.Чутов, є одним з провідних дослідницьких колективів у світі в галузі комп’ютерного моделювання запорошеної плазми. Вона працює в тісному співробітництві як із вітчизняними вченими (член-кореспондент НАНУ, директор Інституту теоретичної фізики ім. М.М.Боголюбова А.Г.Загородній), так і з зарубіжними науковими центрами Німеччини, Голландії та Японії. Тут займаються, зокрема, дослідженням природи пилових кристалів, які останніми роками привертають значну увагу світової наукової спільноти.
Плазмохімія. Низькотемпературна плазма (йдеться про плазму з температурою в десятки й сотні тисяч градусів, що, однак, значно менше від температур, необхідних для проведення термоядерних реакцій, які характеризують гарячу плазму) забезпечує різке прискорення багатьох хімічних реакцій, які в ній протікають. Цей ефект, що є дуже багатообіцяючим з точки зору хімічного виробництва, на жаль, досі не зуміли використати на практиці. Один із можливих шляхів розв’язання проблеми запропонований на кафедрі і полягає у створенні спеціальних різновидів газових розрядів
газових розрядів
, у яких одним з електродів виступає розчин. В.Я.Черняк зі співробітниками показали, що фізико-хімічні процеси, які протікають у припо-верхневому шарі рідини в таких розрядах, дають унікальні можливості і для знищення отруйних хімічних речовин (зокрема, хімічної зброї та отрутохімікатів сільськогосподарського призначення, накопичені запаси яких сьогодні створюють небезпеку екологічної катастрофи в Україні та багатьох інших країнах світу), і для очищення промислових стічних вод.
Емісійна електроніка. Емісійна здатність твердих тіл, тобто їхня здатність за певних умов випромінювати у вакуум вільні електрони, є передумовою роботи всіх електровакуумних приладів, які протягом багатьох десятиліть були основою радіоелектроніки і зберігають своє значення досі – зокрема, завдяки своїй стійкості щодо впливу температури і дії іонізую-чих випромінювань, у чому їм значно поступаються напівпровідникові прилади. На кафедрі роботи зі створення ефективних емітерів та дослідження їхніх властивостей розпочалися іще в 1930х роках під керівництвом Н.Д.Моргуліса. Зокрема, були отримані фундаментальні ре-зультати в дослідженнях оксидних катодів, продемонстровано, що їхня емісійна здатність визначається напівпровідниковим шаром на поверхні. Невідомі раніше ефекти при нагріван-ні та випаровуванні бінарних напівпровідникових сполук були виявлені Г.Я.Пікусом та В.Ф.Шнюковим. Сьогодні на кафедрі цю проблематику розробляє група О.Є.Лушкіна.
Газові сенсори. Останніми роками в багатьох країнах світу ведуться дослідження газових сенсорів – пристроїв, які можна назвати “штучним носом” за їхню здатність виявляти надзвичайно малі домішки в газах (у першу чергу, в повітрі). Сьогодні вже існують пристрої такого типу, які за чутливістю перевищили загальновизнаний шедевр природи – собачий ніс. На кафедрі в цьому напрямку плідно працює наукова група, яку очолює професор В.В.Ільченко. Вона займається дослідженнями сенсорів на основі контакту метал-напівпровідник. Виявилося, що вольт-амперна характеристика такого переходу змінюється за наявності в газі певних домішок, причому частота, на якій ці зміни найпомітніші, залежить від сорту домішок. Таким методом вдається, зокрема, детально дослідити продукти дихання людини, що в перспективі можна буде використати для діагностики різноманітних захворювань.
На завершення слід зазначити, що всі наукові дослідження на кафедрі здійснюються за активної участі студентів та аспірантів. Деякі студенти беруть участь у таких дослідженнях уже на молодших курсах.
Шановні старшокласники та випускники шкіл! Якщо вас зацікавила ця розповідь про кафедру фізичної електроніки радіофізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, приходьте вчитися до нас на факультет, приходьте до нас на кафедру на спеціалізацію, в магістратуру чи в аспірантуру. Впевнений, що ви про це не пошкодуєте!
І.О.Анісімов,
доктор фізико-математичних наук, професор,
завідувач кафедри фізичної електроніки радіофізичного факультету
Київського національного університету імені Тараса Шевченка
Сноски:
1. Плазма – це електронейтральна в цілому суміш електронів, іонів та нейтральних частинок (атомів та ін.).
Про плазму читачі можуть прочитати, наприклад, у статтях Д.Ю.Сигаловського “Четвертий стан речовини - плазма” (“Країна знань”, №4-5 за 2003р.) та “Плазма у магнітному полі” (там само, №6 за 2003р.).
2. Газовий розряд – це протікання струму в газі, яке супроводжується іонізацією цього газу.
|