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

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^[1]. 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^[2].

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

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

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

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

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

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.

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 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.

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.

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.

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.

По состоянию на 2008 год в институте действует семь научных школ^[3]:

• Школа Беспалова Виктора Ивановича и Фрейдмана Геннадия Иосифовича — исследование взаимодействия излучения фемтосекундного лазера с веществом, а также создание других высокоэнергетичных лазеров и лазеров с большой средней мощностью. Развитие работ по совершенствованию скоростного выращивания кристаллов.
• Школа Железнякова Владимира Васильевича — взаимодействие электромагнитного излучения с астрофизической и геофизической плазмой.
• Школа Литвака Александра Григорьевича — взаимодействие интенсивного электромагнитного излучения с плазмой.
• Школа Петелина Михаила Ивановича — исследования источников и электродинамических систем микроволнового диапазона.
• Школа Сергеева Александра Михайловича — фемтосекундная оптика, нелинейная динамика оптических систем и высокочувствительные оптические измерения.
• Школа Смирнова Александра Ильича и Курина Владислава Викторовича — электродинамика плазмы и плазмоподобных сред.
• Школа Таланова Владимира Ильича — развитие дистанционных радиофизических методов диагностики и мониторинга состояния окружающей среды.

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^[4].

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^[4].

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^[5].

• 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

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.

С непосредственным участием сотрудников ИПФ РАН был организован ряд коммерческих предприятий, тесно сотрудничающих с институтом^[6]. 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

ИПФ РАН принимает участие в нескольких международных проектах^[7], 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

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^[8]. Посвящена проблемам биомеханики.
• Научная школа «Нелинейные волны» — регулярно проводилась с 1972 по 1989 годы, возобновлена с 2002 года^[9]. Основная цель — проведение обзорных обучающих лекций для студентов, аспирантов и молодых учёных.

В 2022 году институт был включен в санкционные списки США на фоне санкций, наложенных из-за военных действий на Украине^[10]. 23 февраля 2023 года институт попал под санкции Канады^[11]. Также в отношении института санкции ввела Украина^[12].

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

• Железняков, Владимир Васильевич (до 2022 года) — академик РАН, пионерские работы по радиоастрономии
• Мареев, Евгений Анатольевич — академик РАН, руководитель отделения геофизических исследований.
• Таланов, Владимир Ильич (до 2020 года) — академик РАН, разработчик теории самофокусировки волн, лауреат Ленинской премии.
• Хазанов, Ефим Аркадьевич — академик РАН, руководитель отделения нелинейной динамики и оптики в 2012—2022 годах, лауреат Государственной премии РФ.

• Гинзбург, Наум Самуилович — член-корреспондент РАН.
• Зайцев, Владимир Юрьевич — член-корреспондент РАН.
• Зверев, Виталий Анатольевич — член-корреспондент РАН, зам. директора по научной работе с 1977 по 1989 годы, лауреат Государственной премии.
• Кочаровский, Владимир Владиленович — член-корреспондент РАН, зав. отделом астрофизики и физики космической плазмы.
• Костюков, Игорь Юрьевич — член-корреспондент РАН.
• Некоркин, Владимир Исаакович — член-корреспондент РАН.
• Турлапов, Андрей Вадимович — член-корреспондент РАН.
• Рабинович, Михаил Израилевич (до 1992 года) — член-корреспондент РАН.

• Песков, Николай Юрьевич — профессор РАН
• Самсонов, Сергей Викторович — профессор РАН
• Скалыга, Вадим Александрович — профессор РАН
• Слюняев, Алексей Викторович — профессор РАН
• Коновалов, Игорь Борисович — профессор РАН

• Флягин, Валерий Александрович — зам. директора по научной работе в 1977—2002 годах, дважды лауреат Государственной премии СССР.
• Беспалов, Виктор Иванович — зам. директора по научной работе в 1977—1995 годах, лауреат Государственной премии СССР.
• Крупнов, Андрей Фёдорович — руководитель отдела микроволновой спектроскопии с 1977 по 2005 года, лауреат Государственной премии СССР.
• Миллер, Михаил Адольфович — руководитель отдела физики плазмы в 1977—1988 годах, лауреат Государственной премии СССР.
• Герштейн, Лев Исидорович — старший научный сотрудник, лауреат Государственной премии СССР.