К восьмидесятилетию Владимира Александровича Теплякова

 

6 ноября 2005 г. исполняется 80 лет крупному специалисту в области физики пучков заряженных частиц и ускорительной техники, многолетнему руководителю большого коллектива сотрудников ускорительных отделов Института физики высоких энергий, лауреату Ленинской премии,  доктору технических наук, профессору, участнику Великой Отечественной Войны Владимиру Александровичу Теплякову.

 

Трудовую деятельность после окончания ВЗПИ (Всесоюзного Заочного Политехнического Института) Владимир Александрович начинал в Институте химической физики АН СССР, где в пятидесятые годы по инициативе академика Н.Н. Семенова были развернуты работы по созданию сильноточного линейного ускорителя ионов для электроядерной программы. В 1959 – 1966 г.г. эти работы были продолжены в г. Челябинск-70 (ныне г. Снежинск) под руководством Б.К. Шембеля. Научные интересы В.А. Теплякова в этих работах были сосредоточены в области динамики частиц и радиотехники ускоряющих систем

 

Техника того времени не доросла до создания мощного ускорителя ионов непрерывного режима, и начатые работы были прекращены. Не удалось тогда этого сделать и в США, где также пытались осуществить аналогичную разработку, необходимую для реализации ряда прикладных программ. Главные трудности возникают на начальном этапе резонансного ускорения,  где при низкой энергии ионов (малой их скорости) фокусировка магнитными линзами малоэффективна, длина волны ускоряющего поля вынужденно большая, вследствие чего резонаторы становятся громоздкими, неэкономичными и ненадежными. Кроме того, на высоковольтном форинжекторе при переходе к непрерывному режиму и повышении тока пучка, из-за интенсивного обратного потока электронов, инициирующих  пробои, возникают совершенно непреодолимые трудности. 

 

Заманчивая идея использовать ВЧ-поле не только для ускорения заряженных частиц, но и для их фокусировки, привлекала внимание многих известных в ускорительном сообществе ученых как у нас в стране, так и за рубежом (В.В. Владимирский, Я.Б. Фейнберг, П. Лапостоль, и др.). Появилось несколько предложений, как образовать квадрупольную составляющую ВЧ поля для фокусировки частиц, и на бумаге все получалось. Однако многие попытки предложить и тем более создать реально действующую конструкцию были безуспешны. 

Большую часть своей жизни В.А. Тепляков отдал поиску путей решения этой важной и красивой идеи  - разработке практически осуществимых и эффективных конструкций ВЧ резонаторов, обладающих преимуществами перед уже известными и широко применяемыми на ускорителях с импульсным режимом работы. Задача оказалась действительно чрезвычайно трудной. С исключительной настойчивостью, преодолевая не только технические трудности, но и скептицизм многих видных специалистов, Владимир Александрович неуклонно продолжал видоизменять и совершенствовать ВЧ резонаторы, изучать физические явления при высоких значениях напряженности ВЧ поля и проблему повышения электрической прочности ускоряющих зазоров.

 

Значительный шаг в решении проблемы замены магнитной фокусировки ВЧ квадрупольной фокусировкой (ВЧКФ) был сделан В.А. Тепляковым с сотрудниками уже в 1960 г..  Был предложен вариант ВЧКФ в ускоряющих зазорах, образованных трубками дрейфа с апертурными отверстиями прямоугольной формы, взаимно ориентированными под углом 90⁰.  Однако фокусирующий эффект таких зазоров оказался невелик. Анализируя  предложенный ранее  В.В. Владимирским  вариант ВЧКФ в зазорах между трубками дрейфа с "рогами" на торцах трубок, В.А. Тепляков предложил вариант ВЧКФ в "двойном зазоре" с промежуточным электродом,  который делит зазор  на ускоряющую и фокусирующую части: в первой части "рога" отсутствуют, а во второй формирует высокочастотное квадрупольное поле. Этот вариант оказался работоспособным. Он позволил резко уменьшить габариты трубок дрейфа и перейти на малогабаритные, экономичные в области малых скоростей ионов резонаторы с продольным магнитным полем (Н-резонаторы). На ускоритель данного типа  В.А. Тепляковым с сотрудниками было  получено авторское свидетельство.

 

В 1966 г. В.А. Тепляков с группой сотрудников перешел работать в Институт физики высоких энергий (г. Протвино). После запуска линейного ускорителя И-100 В.А. Тепляков, являясь начальником отдела инжектора, был вынужден уделять заметное время весьма нелегким вопросам обеспечения бесперебойной инжекции пучка в протонный синхротрон У-70, отрываясь от решения главной задачи своей жизни. Нельзя не отметить, что инжекция пучка от И-100 под руководством В.А. Теплякова успешно осуществлялась свыше 20  лет. Однако для повышения интенсивности пучка У-70 с помощью бустера потребовалось разработать новый инжектор. 

Параллельно с эксплуатацией И-100 работы по ВЧКФ продолжались непрерывно. Началось сооружение модели ускорителя нового типа с выходной энергией и временными режимами, определяемыми параметрами бустера.

 

В 1969 г. был совершен решающий прорыв: совместно с И.М. Капчинским В.А. Тепляков предложил пространственно-однородную квадрупольную фокусировку (ПОКФ, по зарубежной терминологии - RFQ), ныне широко известную во всем мире и ставшую обязательным элементом практически всех линейных ускорителей ионов. Использование ПОКФ позволило обеспечить почти полный захват частиц, на порядок величины снизить энергию инжекции и перейти к более высоким рабочим частотам. Это дало возможность конструировать малогабаритные ускорители для медицины. Появление ПОКФ обеспечило научно-техническую базу для разработки мощных линейных ускорителей ионов непрерывного режима. Созданный на основе идей В.А. Теплякова линейный ускоритель УРАЛ-30 успешно работает в ИФВЭ на протяжении уже более двух десятков лет.

 

В 1980 г. предложение ПОКФ признано открытием (№ 350, авторы В.В. Владимирский, И.М. Капчинский, В.А. Тепляков). В 1988 г. В.А. Теплякову (вместе с И.М. Капчинским)  за разработку принципиально нового типа ускорителя ионов присуждена высшая награда СССР - Ленинская премия, а затем также и премия Американского физического общества.

В настоящее время ведется работа по созданию нового ускорителя с ВЧКФ УРАЛ-30М, в котором не только учтен опыт создания и многолетней эксплуатации УРАЛ-30, но и реализуются идеи В.А. Теплякова по повышению темпа ускорения. Эти же идеи заложены в разрабатываемый при непосредственном участии В.А. Теплякова проект прототипа ускорителя для CERN с режимом работы, близком к непрерывному. Более чем сорокалетние исследования, направленные на создание мощного ускорителя ионов непрерывного режима, продолжаются.

 

Пожелаем В.А. Теплякову, автору  более 100 научных работ, многих изобретений, соавтору основополагающей книги "Линейные ускорители ионов", хорошего здоровья и новых творческих успехов.

 

газета "Атом-пресса", ноябрь 2005 г.