Институт прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН

Институт прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН (ИПФ РАН)
Международное название	Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences (IAP RAS)
Основан	1977
Материнская организация	Отдел физических наук и Минобрнауки России
Директор	Г. Г. Денисов
Сотрудников	>1000
Аспирантура	~50
Расположение	Россия, Нижний Новгород
Юридический адрес	603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46
Сайт	ipfran.ru
Медиафайлы на Викискладе

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН (ИПФ РАН) был основан в 1977 году на базе нескольких отделов НИРФИ. Располагается в Нижнем Новгороде. В настоящее время является одним из наиболее крупных академических научных центров, насчитывающим более 1000 сотрудников. С 2017 года директором центра является Г. Г. Денисов. Научным руководителем центра является А. Г. Литвак.

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

Центр имеет два филиала, расположенных также в Нижнем Новгороде: Институт физики микроструктур РАН и Институт проблем машиностроения РАН.

В составе института без учёта филиалов работают 5 действительных членов РАН, 7 членов-корреспондентов РАН и 5 профессоров РАН, не являющихся членами РАН.

При институте действует Издательство ИПФ РАН.

История

ИПФ РАН образован 1 апреля 1977 года на основе нескольких отделов НИРФИ — тогда ведущего научно-исследовательского института города Горький. Инициатором создания нового института и его первым директором стал академик АН СССР (позднее — РАН) А. В. Гапонов-Грехов.

В 2003 году новым директором института был выбран А. Г. Литвак, до того возглавлявший первое отделение ИПФ РАН. А. В. Гапонов-Грехов перешёл на должность научного руководителя института, а в 2005 году оставил её и стал советником РАН.

В 2013 году вместе с другими институтами РАН был передан в ведение Федерального агентства научных организаций (ФАНО России).

В 2015 году А. Г. Литвака, занявшего должность научного руководителя, сменил на посту директора А. М. Сергеев.

В 2015 году институт был реорганизован в «Федеральный исследовательский центр», а с 1 марта 2016 года к нему в качестве филиалов присоединены Институт физики микроструктур РАН и Институт проблем машиностроения РАН.

После избрания президентом РАН в октябре 2017 года А. М. Сергеев заявил об уходе с должности директора института, но попросил сохранить ему в нём рабочее место. Исполняющим обязанности директора стал Г. Г. Денисов. В 2019 году он был окончательно утверждён на этой должности.

В 2018 году в связи с ликвидацией ФАНО институт, как и другие российские академические институты, перешёл в ведение вновь созданного Министерства науки и высшего образования РФ.

В 2023 году институту было присвоено имя основателя А. В. Гапонова-Грехова.

Структура

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

Институт состоит из четырёх научных подразделений:

• Отделение физики плазмы и электроники больших мощностей
• Отделение геофизических исследований
• Отделение нелинейной динамики и оптики
• Центр гидроакустики

Кроме этого в состав института входят вспомогательные образования:

• Отдел автоматизации научных исследований
• Опытное производство

Отделение физики плазмы и электроники больших мощностей

Руководителем отделения является д. ф.-м. н. В. А. Скалыга.

Отделение является самым крупным из трёх.

В состав отделения входят 7 отделов и несколько независимых лабораторий:

• 110 — Отдел высокочастотной релятивистской электроники (заведующий — член-корр. РАН Н. С. Гинзбург)
• 120 — Отдел физики плазмы
• 130 — Отдел астрофизики и физики космической плазмы (заведующий — член-корр. РАН В. В. Кочаровский)
• 140 — Отдел физики плазменных технологий
• 150 — Отдел электронных приборов
• 170 — Отдел нелинейной электродинамики
• 180 — Отдел радиоприёмной аппаратуры и миллиметровой радиоастрономии

Отделение геофизических исследований

Руководителем отделения является академик РАН Е. А. Мареев.

В состав отделения входят семь подразделений (пять отделов и две независимые лаборатории):

• 210 Лаборатория дистанционных методов обнаружения геофизических возмущений
• 220 Отдел радиофизических методов в гидрофизике
• 230 Отдел нелинейных геофизических процессов
• 240 Отдел физики атмосферы и микроволновой диагностики
• 250 Отдел геофизической акустики
• 260 Отдел геофизической электродинамики
• 270 Лаборатория нелинейной физики природных процессов

Отделение нелинейной динамики и оптики

Руководителем отделения является д. ф.-м. н. М. В. Стародубцев

В состав отделения входит 8 отделов:

• 310 Отдел нелинейной динамики (заведующий — член-корр. РАН В. И. Некоркин)
• 330 Отдел сверхбыстрых процессов (заведующий — член-корр. РАН И. Ю. Костюков)
• 340 Отдел нанооптики и высокочувствительных оптических измерений
• 350 Отдел диагностики оптических материалов для перспективных лазеров
• 360 Отдел радиофизических методов в медицине
• 370 Отдел нелинейной и лазерной оптики
• 380 Отдел микроволновой спектроскопии
• 390 Отдел элементной базы лазерных систем

Центр гидроакустики

Руководитель центра — к. ф.-м. н. П. И. Коротин

В состав центра входят:

• 710 Отдел физической акустики
• 720 Отдел акустики океана
• 740 Отдел акустического проектирования
• 750 Отдел гидроакустических комплексов
• 760 Сектор акустического инжиниринга
• 770 Сектор разработки программного обеспечения
• 780 Сектор материально-технологического обеспечения

Направления исследований

Электроника больших мощностей

Целью работ, проводимых в ИПФ РАН в области электроники больших 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, разрабатываемым в институте, является гиротрон — 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 — с целью генерации рентгеновского излучения, а также пучков быстрых электронов, протонов или ионов.

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

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

Проводятся исследования вещества в экстремальных состояниях — 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 количества самых разных объектов.

Микроволновая диагностика — облучение, приём и обработка электромагнитного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов — 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 — 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 — 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 — больших 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 PEARL петаваттного уровня мощности. С её помощью проводятся исследования по взаимодействию сверхсильного лазерного излучения с веществом в том числе с целью получения электронных пучков с энергией на уровне 1 ГэВ, ионных пучков с энергией на уровне 40 МэВ, источников рентгеновского излучения для целей фазово-контрастной рентгеноскопии.

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 2023 год в институте действуют следующие научные школы:

• Школа Железнякова Владимира Васильевича — взаимодействие электромагнитного излучения с астрофизической и геофизической плазмой.
• Школа Литвака Александра Григорьевича — взаимодействие интенсивного электромагнитного излучения с плазмой.
• Школа Сергеева Александра Михайловича — фемтосекундная оптика, нелинейная динамика оптических систем и высокочувствительные оптические измерения.
• Школа Таланова Владимира Ильича — развитие дистанционных радиофизических методов диагностики и мониторинга состояния окружающей среды.
• Школа Денисова Григория Геннадьевича — генерация, усиление, преобразование и транспортировка микроволнового и терагерцового излучения большой мощности с целью его применения в физических и технологических исследованиях.

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 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 — 20 м, сечение 0,3×0,6 м²) — 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 — до 700 кэВ, сила тока — 5 кА, длительность электронных импульсов — 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 длительности
  • Стенд «МЦАР» (энергия электронов до 300 кэВ)
• Стенд для выращивания высококачественных алмазных плёнок
• 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 — 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 9—11 классов средних школ Нижегородской области.

Инновационная деятельность

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

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

Научные связи

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

• ITER — проект по созданию управляемого термоядерного реактора на основе магнитного удержания плазмы
• LIGO — проект создания лазерного интерферометра с целью обнаружения гравитационных волн
• CRISTA/MAHRSI — измерение озонового слоя на высотах 25—60 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 — посвящена фундаментальным и прикладным проблемам теории нелинейных волн.
• Frontiers of nonlinear physics — посвящена фундаментальным и прикладным проблемам нелинейной физики.
• Topical problems of biophotonics — посвящена проблемам оптического биоимиджинга, биофотоники, нейроимиджинга и нейродинамики.
• Current Problems in Optics of Natural Waters — посвящена проблемам распространения оптических волн в водной среде, а также проблемам оптического мониторинга поверхности океана.
• Всероссийская конференция по биомеханике — впервые проведена в 1984 году. Посвящена проблемам биомеханики.
• Научная школа «Нелинейные волны» — регулярно проводилась с 1972 по 1989 годы, возобновлена с 2002 года. Основная цель — проведение обзорных обучающих лекций для студентов, аспирантов и молодых учёных.

Санкции

15 сентября 2022 года, на фоне вторжения России на Украину, институт был включен в санкционный список США против «пособников российской агрессии в Украине».

23 февраля 2023 года институт попал под санкции Канады против организаций, участвующих в оборонной промышленности России. Также в отношении института санкции ввели страны Евросоюза и Украина.

Директора института

См. также категорию: Сотрудники Института прикладной физики РАН

• 1977—2003 — Гапонов-Грехов, Андрей Викторович, академик РАН, основатель и первый директор института, Герой Соцтруда, трижды лауреат Государственной премии.
• 2003—2015 — Литвак, Александр Григорьевич, академик РАН, лауреат Государственной премии.
• 2015—2017 — Сергеев, Александр Михайлович, академик РАН, лауреат Государственной премии, президент РАН в 2017—2022 годах.
• с 2017 года — Денисов, Григорий Геннадьевич, академик РАН, лауреат Государственной премии.

Литература

• Институт прикладной физики Российской академии наук / Под ред. Н. Н. Кралина. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2012. — 172 с., ил., 1200 экз., ISBN 978-5-8048-0082-7

См. также

• Научные учреждения Нижнего Новгорода

Ссылки

• Официальный сайт ИПФ РАН