Научная школа Л. М. Бибермана

В конце 50-х годов Л.М. Биберман для решения проблемы нагрева аппаратов, движущихся в плотных слоях атмосферы Земли и других планет был создан небольшой научный коллектив. Со временем тематика существенно расширилась, коллектив составил ядро Теоретического отдела Института высоких температур РАН, а впоследствии — Института теплофизики экстремальных состояний РАН, и превратился в научную школу высококвалифицированных специалистов, получившую признание в России и за рубежом. Было подготовлено более 20 докторов наук. Среди них такие известные ученые как В.С. Воробьев, А. В. Елецкий, Г.А. Кобзев, А.Н. Лагарьков, А.А. Ликальтер, А.Х. Мнацаканян, Р.Г. Минц, И.М. Руткевич, А.Н. Старостин, С.А. Тригер, А.Г. Храпак, А. Л. Хомкин, Д. И. Жуховицкий, Л. Г. Дьячков, И.Т. Якубов, и другие, часть из которых и в настоящее время являются сотрудниками Теоретического отдела им. Л. М. Биберман ИТЭС ОИВТ РАН.

Первоначально основным направлением научных исследований являлась теория радиационных процессов в низкотемпературной плазме, в частности, перенос излучения в спектральных линиях (широко известно интегральное уравнение Бибермана-Хольстейна). Затем внимание коллектива было сосредоточено на решении комплексной научно-технической проблемы – нагрев космических аппаратов при сверхзвуковом движении в плотных слоях атмосфер планет.

В конце 60х‑начале 70х в состав теоретического отдела вошла группа Б. М. Смирнова. Этот период характеризуется интенсивными фундаментальными исследованиями, внесшими заметный вклад в дальнейшее развитие физики низкотемпературной плазмы.

Была построена теория неравновесной низкотемпературной плазмы, развит ряд новых подходов, которые стали общепринятыми и признанными в кинетике неравновесной плазмы и отражены в известной монографии (Л. М. Бибермана, В. С. Воробьев, И. Т. Якубов «Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы», М.: Наука, 1982), имеющей по настоящее время высокий индекс цитируемости. Параллельно с этим получила развитие теория элементарных и кинетических процессов в низкотемпературной плазме. Результаты этих исследований отражены в монографиях (Б. М. Смирнов. «Асимптотические методы в теории атомных столкновений. М.: Атомиздат,1973; Б. М. Смирнов “Физика слабоионизованного газа”. М.: Наука, 1972; А. В Елецкий , Л. А. Палкина, Б. М. Смирнов. “Явления переноса в слабоионизованной плазме.» М.: Атомиздат. 1975). Эти монографии переведены на иностранные языки и являются настольными книгами как отечественных так и зарубежных ученых, постигающих основы физики низкотемпературной плазмы.

Параллельно с развитием теории неравновесной плазмы были начаты исследования по электронике плотной плазмы, газов и жидкостей, развита теория автолокализованных состояний электронов, позитронов и позитрония в плотных средах. Полученные результаты были обобщены в монографии А. Г. Храпака и И. Т. Якубова «Электроны в плотных газах и плазме», М.: Наука, 1981.

В 1998 года после кончины Л. М. Бибермана научным лидером Школы «Теоретическое исследование теплофизических, кинетических и радиационных свойств и процессов в низкотемпературной плазме» был избран В. С. Воробьев Традиции и стиль научных исследований, заложенных Л. М. Биберманом, были продолжены.

Коллективу принадлежит важная роль в развитии принципиальных вопросов теории неидеальной плазмы. Исследованы особенности кинетического уравнения и уравнения состояния, коэффициенты переноса и оптические свойства. Рассмотрены такие ее разновидности как плазма многозарядных ионов, приповерхностная лазерная плазма, плазма с конденсированной дисперсной фазой (КДФ). Исследования последней стимулировали впоследствии интенсивное развитие нового направления, которое получило название пылевая или комплексная плазма.

Исследования свойств пылевой плазмы (плазмы с КДФ) были начаты в 80-х годах по инициативе Л.М. Бибермана в связи с разработкой перспективных энергетических установок на твердом топливе. Были получены важные результаты о влиянии частиц КДФ на термодинамические и электрофизические свойства плазменных рабочих тел таких установок. С середины 90х годов, после экспериментального обнаружения явления кристаллизации пылевой компоненты, интерес к изучению свойств пылевой плазмы резко возрос. При участии членов коллектива школы в Отделе плазмы ИТЭС РАН под руководством акад. В. Е. Фортова была обнаружена кристаллизация пылевой компоненты в плазме тлеющего разряда постоянного тока. Затем были теоретически изучены аномальный нагрев пылевой плазмы, линейные и нелинейные пыле-звуковые волны и неустойчивости, свойства пылевой плазмы сильно асимметричных частиц. Исследования, выполненные в Теоретическом отделе и Отделе плазмы ИТЭС, стимулировали аналогичные исследования в многочисленных лабораториях по всему миру, а также в условиях микрогравитации на космических станциях «Мир» и «МКС». Полученные в последние годы результаты обсуждаются в монографии В. Е. Фортова, А. Г. Храпака и И. Т. Якубова «Физика неидеальной плазмы», подготовленной к изданию в издательстве «Наука». Работы этого направления в виду большой актуальности имеют высокий индекс цитирования. Так работа А. Г. Храпака, Фортова В. Е. и др. «Кристаллические структуры неидеальной пылевой плазмы в стратах тлеющего разряда», опубликованная в журнале Physics Letters A (1997, v. 229, pp.317-322) цитируется 33 раза.

В настоящее время проводятся исследования поведения заряженных частиц и кластеров в плотных газах и жидкостях, а также квазичастичных образований таких как пузырьки, баблоны, квазиатомы; исследования структуры и фазовых переходов, включая кристаллизацию в коллоидной и пылевой плазмах; термодинамических, кинетических и радиационных свойств жидкостей, газов и плазмы, в том числе, на основе методов теории подобия; разрабатываются методы численного моделирования для описания кинетических процессов и расчета термодинамических функции.

Особое место занимает новое направление, успешно развиваемое в последнее время, — численные методы, основанные на фейнмановской и вигнеровской формулировках квантовой механики и расчет на их основе термодинамических и кинетических свойств плазм различного состава в широком диапазоне плотностей и температур. Одна из работ этого направления (Filinov V. S. Nucl. Phys, 1986, v. B271, pp. 717-725) имеет 112 цитирований.

Участники школы получили общественное признание. Научный лидер школы Воробьев В. С. в 2000 г. награжден медалью ордена за заслуги перед отечеством четвертой степени. Кобзев Г. А получил звание «Заслуженный деятель науки РФ» в 2002 г. Некоторые участники школы являются соросовскими профессорами. Так В.С. Воробьев получил это звание в 1999‑2003 гг., А.В. Елецкий - в 1999 г., А.Г. Храпак - в 2001 и 2002 гг.

С первых лет основания ученые школы активно участвуют в различных научных программах. Среди них программы РАН, ФЦП «Интеграция», Минпроманауки России по грантам РФФИ, РГНФ, а также международные гранты. Так за последние пять лет они приняли участие более чем в двадцати таких грантах (подробный список приведен в отчете школы за 2003 г.)

Для научного стиля школы характерна четкая постановка физической задачи, возможность прогнозирования и оценки основных ожидаемых результатов на основе простых физических моделей, а затем уже поиск адекватного математического аппарата для более детальных расчетов.

Научный лидер школы, заведующий теоретическим отделом ИТЭС ОИВ РАН Воробьев В.С. прямой ученик Леона Михайловича Бибермана, является известным ученым, специалистом в области физики низкотемпературной плазмы, электрофизики ионизованных и конденсированных сред, доктором физико – математический наук (1979), профессором (1985) кафедры высшей математики Московского государственного горного университета, пятикратным соросовским профессором, заместителем председателя научного совета РАН по проблеме « Физика низкотемпературной плазмы», получателем государственной научной стипендии, руководителем проектов, поддержанных РФФИ и Миннауки, зам председателя, членом оргкомитетов и председателем секций российских и международных конференций. Имеет более 155 публикаций, 2 монографии и 2 изобретения. Был консультантом по трем докторским и руководителем по шести кандидатским диссертациям.

Ведущие ученые школы имеют высокие индексы цитируемости. Так индекс цитируемости научного лидера школы Воробьева В. С. близок к пятистам ссылкам. Индексы цитируемости, достигающие нескольких сотен, имеют также Филинов В. С., Храпак А. Г., Смирнов Б. М., Елецкий А. В., Дьячков Л. Г., Ликальтер А. А.

Для закрепления и расширения коллектива проводится работа по привлечению студентов и дипломников к научной проблематике школы. Преподавательская деятельность участников школы также содействует привлечению молодых сотрудников к научной работе.