Лаборатория пучковых воздействий была создана в 1990 году по решению директора Института академика Г.А. Месяца с целью организации фундаментальных исследований в области физики воздействия сильноточных пучков заряженных частиц на конденсированные среды. Может показаться, что к 1990 году все фундаментальные аспекты воздействия корпускулярного излучения на вещество были исчерпывающим образом изучены и полностью описаны. Однако анализ накопленных к тому времени данных и наши собственные эксперименты обнаружили достаточно большое количество «белых пятен», ставших предвестниками наблюдения абсолютно новых явлений в конденсированных средах при воздействии на них ионизирующих излучений.

Первая встреча с академиком Г.А. Месяцем состоялась в октябре 1986 года, после предварительной беседы с проф. Ю.Е. Крейнделем (в составе его отдела впоследствии и была создана наша лаборатория) по инициативе помощника Г.А. Месяца, М.В. Горбунова, знавшего меня по общественной работе в качестве председателя Кировского районного Совета молодых ученых и специалистов Свердловска. От него я узнал о планах создания в Институте подразделения по воздействию излучения на вещество. Имея представление о направлении моей научной деятельности, М.В. Горбунов сказал мне, что может организовать встречу с академиком. На что я, конечно, сразу согласился. До этого я слушал публичную лекцию Геннадия Андреевича Месяца о науке для преподавателей и студентов физико-технического факультета УПИ, читал некоторые его работы и поэтому имел небольшое представление о деятельности его научной школы.

Тогда я и мои коллеги уже были известными в СССР и за рубежом специалистами в области применений метода ядерного гамма-резонанса (эффекта Мессбауэра) в металлофизике. Была широко востребована наша монография по этой теме, вышедшая в 1982 году в издательстве «Металлургия». Мы получали много открыток от зарубежных ученых с просьбой выслать копии наших статей. Любопытно, что среди них была одна от Ромаша Чандры, Председателя Всемирного совета мира, физика по образованию. Эти работы проводились под руководством заслуженного деятеля науки и техники И.Н. Богачева, а затем члена-корреспондента АН СССР П.В. Гельда, а также профессоров B.C. Литвинова и Ф.А. Сидоренко.

На беседе Геннадий Андреевич сказал, что его не устраивает ситуация, когда в Институт приходят люди, для них что-то облучают, и потом очень трудно проследить, что из всего этого получается. Речь шла о созданном и возглавляемом им в течение многих лет Институте сильноточной электроники Сибирского отделения Академии наук в Томске, с должности директора которого он пришел руководить Уральским научным центром. «Мне нужно в Институте подразделение, которое занималось бы воздействием излучения на вещество. Создадите лабораторию - будет лаборатория. За год, два. Пожалуйста. Главное, чтобы в названии лаборатории было слово «воздействие». На металлы, сплавы и конструкционные материалы. Тем более что на Урале есть выдающаяся научная школа по физике металлов и сплавов. Мне нужна фундаментальная наука».

Через несколько лет ученые из Томска мне рассказали, что Геннадий Андреевич, летя в Томск, внимательно читал в самолете автореферат моей докторской диссертации, а потом передал его им с просьбой дать оценку.

В октябре 1986 года переводом из Уральского политехнического института я был принят на работу в только что созданный Институт электрофизики, став в нем первым сотрудником с удостоверением № 1. Дело в том, что костяк Института - более двадцати ученых, прибывших вместе с академиком ГА. Месяцем из Томска - был тогда временно оформлен в Институте физики металлов.

Сразу же пришлось воевать за выпускников физико-технического факультета Уральского политехнического института, тем более что предварительное распределение уже прошло. Помню, как, заручившись письменной поддержкой заместителя председателя Президиума (тогда еще Уральского научного центра), чл.-корр. АН СССР Ю.Н. Вершинина, звонил ему с распределения, а он звонил председателю комиссии, декану физтеха А.Р. Бекетову. В результате первые сотрудники будущей лаборатории С.Н. Бородин и А.В. Покусаев были приняты на работу в Институт. Несколько позднее к ним присоединился выпускник УрГУ Л.А. Литвиненко.

Далее все многократно повторялось. Для реализации планов были нужны кадры, оборудование, а для того, чтобы все это получить с благословения руководства Института, требовались весомые научные результаты. Более того, с началом перестройки серьезный статус и стабильно высокий рейтинг научного подразделения перестали быть гарантией его материального благополучия. Государственное финансирование, направляемое на науку, сильно сократилось. Обнищание предприятий, в том числе оборонных, при еще не сформировавшихся потребностях в науке частных фирм, снизило до минимума возможности получения денег по контрактам. Тогда они назывались хозяйственными договорами. Тем не менее уже в первые годы своего существования лаборатория зарабатывала деньги по контрактам, выполняя заказы для Ленинградского института материалов (ЦНИИМ), Регионального инженерно-технического центра (г. Томск) и других организаций.

Необходимый для работы лаборатории рентгеновский дифрактометр был куплен благодаря программе поддержки исследований в области высокотемпературной сверхпроводимости. Эту деятельность в коллективе возглавлял старший научный сотрудник Ю.А.Игнатенко, пришедший в Институт, как и я, с кафедры общей физики УПИ. Мы быстро научились получать сверхпроводящие пленки со стабильными свойствами, что было тогда большой, редкостью. Распыляли массивный сверхпроводник ионным пучком, формируя пленки на подогреваемых подложках. Вся хитрость заключалась в том, что вначале мы «пылили» несколько часов в вакуум до тех пор, пока произведение поверхностных концентраций компонентов мишени (Y, Ва и Си) на их коэффициенты распыления не становилось равным концентрациям этих компонентов в объеме мишени. Вначале же шла наиболее легко распыляемая медь, практически в чистом виде, после этого барий, а затем уже иттрий. К сожалению, найти таких же стабильных, как наши пленки, потребителей этих пленок нам в то время не удалось. После удачного научного доклада на Президиуме Уральского научного центра при личном содействии заместителя директора Института Ю.А. Котова, в настоящее время члена-корреспондента РАН, были получены деньги на приобретение мессбауэровского спектрометра СМ 2201 производства завода научного приборостроения РАН (г. Черноголовка).

Один из разработчиков этого спектрометра, ведущий научный сотрудник В.А. Семенкин, с тех давних времен работает по совместительству в нашей лаборатории.

К 1989 году сотрудниками лаборатории под руководством выдающихся ученых проф. Ю.Е. Крейнделя и академика Г.А. Месяца были обнаружены инициируемые ионной бомбардировкой самораспространяющиеся в глубь вещества фазовые превращения в метастабильных конденсированных средах, подобные явлениям горения и детонации. Тогда все обсуждалось с Ю.Е. Крейнделем, который обо всех готовящихся экспериментах докладывал Г.А. Месяцу, определялись и корректировались направления деятельности и планы исследований лаборатории. Первые результаты были опубликованы в журналах «Письма ЖТФ», Vacuum, Nucl. Instr. & Meth. in Phys. Res. Геннадий Андреевич тогда особенно подробно вникал в работу лабораторий, давал идеи, присутствовал при проведении экспериментов, оперативно помогал с оснащением, арендой помещений. Корпус «А» - первое пристанище Института, и бункеры тогда еще только строились.

В дальнейшем закономерности обнаруженных процессов подробно изучались методами рентгеновской дифракции, ядерного гамма-резонанса, резистометрии in situ (непосредственно в ходе облучения), магнитными методами, при участии Б.К. Соколова, В.В. Губернаторова, Ю.Н. Драгошанского и др. из ИФМ УрО РАН, а также полевой ионной микроскопии совместно с сотрудниками института Н.Н. Сюткиным, В.А. Ивченко и Е.Ф. Таланцевым.

Налаживались контакты с промышленными предприятиями Уральского региона и всей России. Однажды, это было в конце 90-х годов, Геннадий Андреевич вывез ученых ИЭФ на Уральский завод тяжелого машиностроения («Уралмаш»), где была организована встреча с главным инженером и ведущими конструкторами завода. По дороге он объяснял нам, что у них длина стрелы шагающего экскаватора - 90 метров, а резцы для изготовления крупных деталей размером с человека. Потом в ходе встречи, проходившей в форме беседы, главный инженер не без лукавства заявил, что им иногда надо, чтобы для получения нужных свойств массивная деталь после выдержки в печи быстрее охлаждалась изнутри, чем снаружи. Не можем ли мы им чем-нибудь помочь? Тогда Геннадий Андреевич, обведя всех взглядом, остановил его на мне и сказал: «Владимир Владимирович, проявите себя!». Помню, как у меня в голове пронеслось все, что я знал об адиабатическом размагничивании, о «черных дырах» и обо всех видах излучений, но все-таки, сказав несколько умных слов, пришлось признаться, что наука пока вряд ли сможет предложить что-нибудь подходящее в этом направлении.

Большую роль в становлении и деятельности лаборатории сыграли научные конференции. В 1991 году в Свердловске проводилась II Всесоюзная конференция по модификации конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Мне было поручено стать ученым секретарем этой конференции. Конференция, по отзывам ученых, прошла весьма успешно. Удалось познакомиться с огромным числом специалистов в области, в которой мы только начинали работать. После окончания конференции многие участники предложили сотрудничество и помощь, что очень помогло в дальнейшей работе. Так, через некоторое время после окончания конференции позвонил зам. директора одного из московских институтов доктор наук А.Е. Лигачев и сказал, что Министерство науки формирует список финансируемых работ по ионно-лучевой модификации материалов и есть шанс в него попасть, если срочно подать проект. Наш проект был поддержан и кормил лабораторию много лет. На одной из конференций в Черноголовке академик В.Е. Фортов назвал обнаруженные нами взрывные фазовые превращения, инициируемые ионной бомбардировкой, явлением радиационной детонации. Впоследствии, будучи министром науки РФ, он активно поддерживал наши исследовательские проекты по изучению закономерностей этого явления в различных средах.

В 1991 году мне неожиданно позвонил доктор Фрэд Смидт, один из сопредседателей международной конференции по ионно-лучевой модификации материалов, которая должна была состояться в Вашингтоне. Узнав об обнаруженных нами эффектах из наших публикаций, он предложил сделать у них доклад на эту тему. После встречи на конференции мы стали обмениваться публикациями и новыми идеями с доктором Смидтом, а также с доктором Хьюблером, сотрудниками Naval Research Laboratory, USA.

В 1996 году мною был сделан доклад на аналогичной конференции в Германии. После чего я получил от директора Исследовательского Центра Россендорф (ИЦР) проф. В. Меллера предложение переехать с семьей на 5 лет в Германию для работы по контракту в Институте ионно-пучковой физики и исследования материалов (ИИПФ ИЦР). Альтернативой стало мое предложение о сотрудничестве подразделений наших институтов, которое сначала вылилось в проведение совместных работ на основе визитов в Россендорф но приглашению германской стороны. Позднее оно было оформлено в виде совместного проекта «Радиационно-динамические эффекты в метастабильных металлических сплавах, инициируемые ионной бомбардировкой» (2002-2004 гг.) в рамках межправительственного соглашения между Россией (Миннауки) и Германией (Национальное бюро международного сотрудничества).

В течение трех лет для выполнения работ по контракту Германию посетили сотрудники лаборатории В.В. Овчинников, Б.Ю. Голобородский, Л.С. Чемеринская, Н.В. Гущина, а Институт электрофизики, в свою очередь, немецкие коллеги Э. Визер, заместитель директора и Р. Гюнцель, один из ведущих сотрудников ИИПФ. Результатами исследований стали закономерности радиационно-динамических процессов в системах Fe-Pd-Au, Pd-Cu, Fe-Cr и Al-Cu. Фундаментальные исследования последней из этих систем через два года привели к созданию методов радиационной обработки промышленных алюминиевых сплавов. В настоящее время лаборатория выполняет большой контракт с Каменск-Уральским металлургическим заводом (ОАО «КУМЗ») по ионно-лучевой модификации свойств сплавов для аэрокосмической техники.

Серьезную финансовую поддержку лаборатории на протяжении многих лет оказывает Российский Фонд Фундаментальных Исследований. Фондом профинансировано 6 проектов лаборатории. Из них 4 исследовательских, 1 издательский и 1 - на участие в международной конференции. В настоящее время лаборатория выполняет 2 поддержанных этим фондом проекта: «центральный» и РФФИ-Урал (наполовину финансируемый Свердловской областью).

При содействии Миннауки, Минобразования, РФФИ, а также Программы поддержки ведущих научных школ Российской Федерации (в составе научной школы по радиационной физике металлов и сплавов, возглавляемой чл.-корр. РАН Б.Н. Гощицким) лаборатория в течение многих лет выполняла работы, относящиеся к приоритетным направлениям развития науки и техники РФ. Их результаты неоднократно признавались важнейшими достижениями и включались в годовые отчеты РАН.

Итогом многолетней деятельности лаборатории являются приоритетные разработки на стыке физики воздействия ионизирующих излучений на вещество и радиационной физики твердого тела. Они относятся к фундаментальным аспектам радиационно-динамического (РД) воздействия ионизирующих излучений па конденсированные среды. Ранее роль РД эффектов в радиационной физике твердого тела попросту не учитывалась, хотя она зачастую является решающей.

Для наглядного объяснения сути наблюдаемых явлений сравним «характерные времена» некоторых процессов. Так, характерное время удара молотка по твердому телу имеет продолжительность в пределах от одной сотой до одной тысячной секунды. Характерное время взаимодействия пули с твердым телом, так же как и характерное время химического взрыва, составляет примерно одну стотысячную долю секунды. Характерное время ядерного взрыва - приблизительно одна стомиллионная доля секунды, и, наконец, характерное время развития каскада атомных столкновений, включая время его термализации¹, составляет примерно одну триллионную долю секунды. За это время свет в вакууме проходит лишь десятые доли миллиметра.

Наблюдаемые нами радиационно-динамические эффекты в конденсированных средах являются следствием последнего из рассмотренных процессов. Каскадная область радиусом несколько нанометров содержит всего лишь несколько десятков тысяч атомов (типичная цифра для твердых тел порядка 10²³ атомов в 1 см³). Температура термализованных каскадов в Fe, W и Zr при облучении ионами аргона с энергией 20 кэВ была измерена нами совместно с сотрудниками лаборатории квантовой электроники проф. В.И. Соломоновым и О.А. Снигиревой по спектральному составу свечения поверхности металлических мишеней. Оказалось, что она имеет значения от 5000 до 6000 °С и сопоставима с температурой поверхности Солнца.

Быстрый разогрев каскадной области за одну триллионную долю секунды сопровождается настолько же быстрым нарастанием давления, которое может достигать нескольких десятков тысяч и даже превысить значение в сто тысяч атмосфер. В силу этого каждая разогретая каскадная область излучает послекаскадную микроударную волну, которая распространяется со скоростью, превышающей скорость звука в веществе. В средах с высокой запасенной энергией микроударные волны могут инициировать на своем фронте быстропротекающие структурно-фазовые превращения, подобные явлениям горения и детонации. При этом материалы приобретают уникальные свойства (электрические, магнитные, механические и др.), которые в принципе не могут быть получены какими-либо другими способами (с использованием традиционных методов химической, термической, механической и др. видов обработки).

Хотелось бы вспомнить о том, что с момента основания Института одной из серьезнейших проблем являлась кадровая проблема и, в частности, проблема привлечения в науку молодежи, в то время, когда зарплата ученого и уж тем более молодого специалиста была просто безумно малой. Так, в разное время штатными сотрудниками лаборатории являлись Ю.Г. Игнатенко, Е.П. Михалищева, Ю.Д. Коган, В.Н. Мизгулин, В.И. Чернобородов, О. Жданок, Э. Коптелова, Е.П. Назарова, Б.Ю. Голобородский, М.А. Эркабаев, Я.П. Бирюков, О. Парамонов, А.Л. Литвиненко и другие. К сожалению, текучесть кадров, особенно в первой половине 90-х годов, была очень высока. Многие ученые вынуждены были выбрать более прибыльные сферы деятельности или эмигрировать из России.

По инициативе академика Г.А. Месяца в конце 80-х - начале 90-х годов в УПИ и в МФТИ (г. Долгопрудный Московской области) были созданы базовые кафедры Института электрофизики, готовящие инженеров-электрофизиков для пополнения Института молодежью. В значительной степени именно поэтому средний возраст сотрудников ИЭФ существенно ниже, чем в большинстве институтов РАН. Академик Г.А.Месяц в течение нескольких лет являлся заведующим этими кафедрами. По его поручению я исполнял обязанности заместителя заведующего кафедрой электрофизики МФТИ в Екатеринбурге. Здесь в течение последних двух лет учебы обучались выпускники кафедры. Лекции по специальности читали ведущие ученые Института. Заместителем заведующего кафедрой инженерной электрофизики УГТУ-УПИ стал проф. С.О. Чолах. Он является им по сей день. Многим из нас приходилось читать лекции студентам обеих кафедр.

Работа по привлечению школьников для обучения по специальности «электрофизика» была очень серьезной. В последнюю субботу и воскресенье марта мы проводили репетиционные экзамены в Екатеринбурге. Те школьники, кто получал на них «4» и «5», сразу приобретали право зачисления в институт (но пока без указания факультета до прохождения конкурса). Даже одну положительную оценку по желанию можно было зачесть летом на вступительных экзаменах, которые также проходили в Екатеринбурге. Таким образом, еще не получив школьного аттестата, можно было стать студентом МФТИ (но сдать школьные экзамены все-таки было обязательно).

Вступительные экзамены сдавали школьники из Екатеринбурга, Нижнего Тагила, Миасса, Магнитогорска и даже из Братска. Ведь до Москвы ехать далеко и дорого. Из сотни участников в МФТИ проходили несколько человек. К сожалению, организация экзаменов, включающая длительное (до 20 дней) пребывание в командировке в Екатеринбурге преподавателей МФТИ, и организация обучения студентов в течение двух последних лет в Екатеринбурге - дело нелегкое и достаточно дорогое. С учетом относительно низкой рентабельности кафедры, поскольку ее выпускники зачастую предпочитали после окончания работу в Москве или за рубежом, было решено не без сожаления сохранить только одну базовую кафедру при УГТУ-УПИ.

Уровень преподавания на обеих кафедрах был всегда очень высок. Об этом свидетельствует тот факт, что в 1994 году три профессора этих кафедр, сотрудники ИЭФ, получили звание Соросовского профессора в числе 98 российских физиков. Конкурс проходил в США без участия представителей России. Главными критериями оценки являлись международный индекс цитируемости научных работ соискателей и отзывы студентов. Подводя итоги деятельности лаборатории пучковых воздействий, следует подчеркнуть, что основой всех наших наиболее значительных, фундаментальных и прикладных исследований являются уникальные разработки Института электрофизики. Это, в частности, компактные импульсные источники ионизирующих излучений, рекордные по длительности и другим параметрам излучения. Использование этих разработок с целью воздействия на конденсированные среды является работой на переднем крае науки, на грани неизведанного. Пожалуй, именно это позволяет Институту не стареть, привлекает в него молодежь. Больше всего хотелось бы пожелать нашему коллективу, чтобы самые яркие научные достижения были использованы во благо будущих поколений, а не для производства сверхоружия для «звездных» и любых других войн.