КАПЧИНСКИЙ Илья Михайлович

Илья Михайлович Капчинский был выдающимся ученым с широким кругом научных интересов и крупным специалистом в области теории колебаний, радиотехники, физики пучков заряженных частиц и техники ускорителей.

Его первая научная работа, опубликованная в 1946 г. и вскоре изданная за рубежом, – книга «Методы теории колебаний в радиотехнике», была посвящена исследованиям по нелинейной теории гармонических генераторов, не содержащих индуктивностей. В ней впервые были рассмотрены колебательные системы с большим числом вырожденных степеней свободы и с малой нелинейностью. Впоследствии RC-генераторы нашли широкое применение в технике. Исследования И.М. Капчинского по ударному возбуждению кварцевых генераторов были успешно использованы в радиолокационной технике. Важное значение имела разработанная им теория узкополосных усилителей на сверхнизкие частоты, нашедшая применение в радиоастрономии.

Наиболее полно и ярко талант И.М. Капчинского раскрылся в ИТЭФ, куда в 1958 г. его пригласил заместитель директора В.В. Владимирский, хорошо знавший его высокий научный потенциал по давней совместной работе в НИИ-20. 35 лет жизни Илья Михайлович посвятил исследованиям и разработкам в области физики и техники ускорителей заряженных частиц, руководя сначала им же созданной лабораторией, а затем – отделом линейных ускорителей.

Когда протонные синхротроны ИТЭФ (У-7) и ИФВЭ (У-70) только проектировались, стала понятна необходимость разработки сильноточных импульсных инжекторов для них. Сооружение линейных ускорителей (ЛУ) с импульсным током 100 мА и более представлялось тогда делом исключительно сложным. Разработка, проектирование и сооружение этих ЛУ-инжекторов велись под общим руководством члена-корреспондента В.В. Владимирского (ИТЭФ), академика А.Л. Минца (РАИАН) и профессора Е.Г. Комара (НИИЭФА) с привлечением десятков научных институтов и предприятий промышленности. На плечи И.М. Капчинского легло научное руководство разработкой физических проектов, а затем – наладкой и пуском двух ЛУ с жесткой фокусировкой – И-2 на энергию 25 МэВ для протонного синхротрона У-7 и И-100 на энергию 100 МэВ – для У-70.

Илья Михайлович разработал стройную теорию линейных резонансных ускорителей ионов с жесткой фокусировкой, изложив ее в двух книгах: «Динамика частиц в линейных резонансных ускорителях» (М., Атомиздат, 1966) и «Теория линейных резонансных ускорителей» (М., Энергоиздат, М., 1982), которые стали настольными для специалистов по ускорителям заряженных частиц.

Трудно перечислить все трудности, преодоленные на пути к запуску в 1966 г. первого в стране жесткофокусирующего ЛУ И-2. При запуске ЛУ был получен ускоренный пучок с импульсным током 30 мА. После ряда усовершенствований на выходе инжектора И-2 был достигнут рекордный импульсный ток протонного пучка 230 мА.

Одновременно с совершенствованием И-2 завершались работы по сооружению И-100. Его проектная энергия 100 МэВ была достигнута 28 июля 1967 г. при токе пучка 5 мА. К концу 1967 г. выходной ток пучка был повышен до 60 мА, что обеспечило успешную инжекцию во время физического пуска протонного синхротрона ИФВЭ. Позже на И-100 был получен ток 120 мА.

В течение нескольких лет протонный ЛУ И-100 был крупнейшим в мире. Его параметры и уровень разработки технологических систем вызывали за рубежом глубокое уважение и, безусловно, повысили престиж советской науки и техники. Автор физического проекта ЛУ И-100 И.М. Капчинский стал широко известен в мировом ускорительном сообществе.

И.М. Капчинский развил теорию коллективных взаимодействий частиц при самосогласованных собственных полях пучков, предложив (совместно с В.В. Владимирским) использовать в теориисильноточных пучков микроканоническое фазовое распределение, получившее в английской терминологии в честь авторов название KV-distribution. Предложенное распределение позволило впервые получить ценные, ранее недоступные результаты.

Проблема ускорения больших средних токов протонов и дейтронов (100 мА и более) при малых скоростях, вставшая в начале 1980-х годов на пути разработки мощных ускорителей для электроядерных технологий, получила решение в виде предложенной В.В. Владимирским (ИТЭФ), И.М. Капчинским (ИТЭФ) и В.А. Тепляковым (ИФВЭ) ускоряющей структуры с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой – ПОКФ (открытие № 350 «Явление фокусировки пучка заряженных частиц в однородном вдоль оси пучка переменном электрическом поле»). В английском языке эта структура обозначается как RFQ – Radio Frequency Quadrupole.

Структура с ПОКФ позволила снизить энергию инжекции с 500–800 кэВ до 20–100 кэВ и увеличить захват частиц в режим ускорения с (30–50)% до (95–98)%. Первый полномасштабный ускоритель протонов на энергию 3 МэВ с ПОКФ и 4-камерным резонатором был создан и запущен в 1982 г. под руководством И.М. Капчинского в отделе линейных ускорителей ИТЭФ. На ускорителе был получен рекордный импульсный ток 250 мА.

ПОКФ совершила революцию в физике и технике ускорения ионов при малых скоростях и получила широкое распространение и общее признание в ускорительных центрах мира. Использование ПОКФ сделало возможным ускорение непрерывных токов пучка величиной 100 мА и более и сооружение сверхмощных ускорителей. Освоение структуры с ПОКФ послужило толчком для появления предложений по созданию сильноточных ЛУ протонов и дейтронов, а затем и более тяжелых ионов.

Последней незавершенной крупной работой, которая выполнялась под общим руководством И.М. Капчинского, было сооружение протонного ускорителя «Истра-56» на энергию 56 МэВ и средний ток 500 мкА, который должен был быть прототипом сильноточного ускорителя. Он состоит из начальной части (4-камерный резонатор с ПОКФ), согласующего канала и основной части, включающей в себя три цилиндрических резонатора с трубками дрейфа.

Среди особенностей ускорителя «Истра-56» были все те новшества, которые Илья Михайлович планировал использовать в сильноточной машине: использование ПОКФ в начальной части (НЧ), возбуждение трех резонаторов основной части (ОЧ) на вдвое более высокой частоте, чем начальная (это уменьшает габариты резонаторов и высокочастотные потери в них), применение магнитотвердых квадруполей для фокусировки в резонаторах основной части (это ведет к уменьшению трубок дрейфа, исключает необходимость в источниках питания линз и отводе тепла от них), использование открытых в вакуум трубок дрейфа, что упрощает конструкцию. Все резонаторы изготовлены из триметалла, что позволило объединить высокочастотные резонаторы с вакуумными кожухами и легко отводить тепло от последних. Были изготовлены все резонаторы и большая часть трубок дрейфа с магнитотвердыми квадруполями, смонтированы и успешно запущены НЧ и ОЧ-1, на выходе ОЧ-1 получен пучок расчетной энергии 10 МэВ.

За работы в области физики ускорителей И.М. Капчинский удостоен Ленинской и Государственной премий СССР. По ускорительной тематике им опубликовано около 200 работ, он соавтор одного открытия и 10 изобретений. Общее признание научных заслуг И.М. Капчинского было выражено присуждением ему почетной премии Американского физического общества, звания Почетного профессора Франкфуртского университета им. Гете.

И.М. Капчинский был талантливым организатором науки. Ему удавалось включать сотрудников в общее дело и использовать их сильные стороны, пригасив слабые. Он создал крупные научные коллективы в отраслевом НИИ, ИТЭФ, ИФВЭ, подготовил большое количество молодых ученых, создал научную школу, читал курсы лекций по теории линейных ускорителей в ИТЭФ, ИФВЭ, МРТИ, институте INFN (Италия), Мэрилендском университете (США).

Литература о И.М. Капчинском

1. Ученый, учитель, руководитель. К 90-летию со дня рождения профессора И.М. Капчинского. Сборник воспоминаний. Части I и II. – М., ИТЭФ, 2009, препринты No 5-09 и No 6-09.
2. И.М. Капчинский. К 90-летию со дня рождения. Сборник воспоминаний. – Издательский дом «Nasha Canada Publishing». 40-1110 F Finch Ave. W., suite 1073. Toronto, Ontario M3J 3M2.

Н.В. Лазарев, А.М. Козодаев

Возврат к списку