Петелин Михаил Иванович
Зав. лаб. 111
профессор

Родился 7 марта 1937 года в Нижнем Новгороде, женат, имеет дочь

Образование:

В 1959 окончил Горьковский Университет по специальности радиофизика и в 1962 – аспирантуру при ГГУ

Область профессиональных интересов:

Микроволновая электроника и электродинамика больших мощностей, приложения к физике плазмы, радиолокации и ускорителям заряженных частиц

Профессиональная карьера:

НИРФИ – с 1962 по 1977 – инженер по совместительству, старший научный сотрудник, зав. лабораторией;
ИПФ РАН – с 1977 по 2002 - зав. лабораторией, зав. отделом;
1988-1990 - эксперт МАГАТЭ, член советской группы по проектированию международного токамака-реактора ITER;
1993-1997 – координатор англо-российского эксперимента по созданию наносекундного гигаваттного радара (NAGIRA);
1997 – чтение лекций в университете Дэвис (University of California, Davis) и работа в Стэнфордском ускорительном центре (SLAC)

Членство в профессиональных организациях:

Член Советов «Физическая электроника» и «Физика плазмы» РАН – с 1978

Награды, премии, гранты:

Государственная премия СССР (1967), премия имени Баттона Международного общества по инфракрасным и миллиметровым волнам (1996), руководство научной школой «Микроволновая релятивистская электроника»

Педагогическая деятельность:

С 1962 – ассистент, старший преподаватель, доцент и профессор радиофака и ВШОПФ ННГУ

Автор и соавтор 140 статей в реферируемых журналах и сборниках, соавтор 18 изобретений

Наиболее значительные работы и результаты:

1. А.В. Гапонов, А.Л. Гольденберг, Д.П. Григорьев, И. М. Орлова, Т.Б. Панкратова, М.И. Петелин, «Индуцированное циклотронное излучение электронов в открытых резонаторах», Письма в ЖЭТФ, 2, № 9, 430-435, 1965.
Продемонстрирована разновидность мазеров на циклотронном резонансе, в которой поток электронов, движущихся по винтовой траектории, взаимодействует с высокочастотным полем, представимым в виде волн, распространяющихся перпендикулярно магнитостатическому полю (режим, исключающий допплеровское уширение линии циклотронного резонанса). [Приборы данного типа в дальнейшем получили название гиротронов].
В генераторах была использована электронная пушка, в которой электроны приобретают осциллятроную скорость уже непосредственно в момент эмиссии с катода. При последующем движении к пространству взаимодействия, в нарастающем магнитном поле, осцилляторная энергия электронов адиабатически увеличивается - одновременно с компрессией электронного потока. [Пушка данного типа в дальнейшем получила название магнетронно-инжекторной].
В одном из генераторов резонатор на коллектроном конце был сопряжен с волноводом расширенного сечения, где поперечная структура волны сохранялась такой же, как и в резонаторе. Боковая стенка волновода одновременно выполняла функцию коллектора электронов. [В дальнейшем такой способ вывода микроволновой энергии из мощных генераторов получил название диффракцонного].

2. Н.Ф. Ковалев, М.И. Петелин, М.Д. Райзер, А.В. Сморгонский, Л.Э. Цопп «Генерация мощных электромагнитных импульсов потоком релятивистских электронов», Письма в ЖЭТФ, 18, № 4, 232-235, 1973.
ФИАНом и НИРФИ создан первый в мире генератор когерентного микроволнового излучения, возбуждаемый сильноточным ускорителем релятивистских электронов (до этого на подобных установках получали лишь, при относительно низком КПД, широкополосное шумовое излучение). Генератор с частотой 10 ГГц представлял собой разновидность лампы с обратной волной (ЛОВ), в которой пространство взаимодействия имело на пушечном конце запредельное сужение, позволявшее выводить излучение сквозь коллекторную трубу и окно большого сечения. Несмотря на ограниченное качество электронного пучка, ЛОВ благодаря своим адаптивным свойствам позволила получать КПД более 10 %. Выходная мощность составила 400 МВт в импульсе длительностью 10 наносекунд.
[В следующем году этот эксперимент был воспроизведен, с еще более высокими параметрами, в США, что послужило стимулом для постановки работ по микроволновой релятивистской электроники во многих лабораториях мира].

3. D. Clunie, G. Mesyats, M.L. Osipov, M.I. Petelin, P. Zagulov, S.D. Korovin, C.F. Clutterbuck, B. Wardrop, "The design, construction and testing of an experimental high power, short-pulse radar". Conference "Microwave and RF-96", London, UK, 8-10 Oct.1996.
Кооперация ИЭФ УрО, ИСЭ СО, ИПФ РАН и нескольких специализированных радиотехнических институтов (ЦКБ «Алмаз», ННИИРТ, GEC-Marconi и DRA, Malvern) разработала экспериментальный радар NAGIRA на основе импульсно-периодического наносекундного гигаваттного генератора. В качестве последнего использовалась 10 ГГц/0,4 ГВт/ 6 нс ЛОВ, возбуждаемая сильноточным электронным ускорителем.
Испытания радара проводились около Нижнего Новгорода (полигон «Безводное» ИПФ РАН) и Портсмута (полигон «Frazer», DRA). Наблюдались малоразмерные подвижные цели (моторные лодки, самолеты, вертолеты, мотодельтаплан) на фоне отражений от подстилающей поверхности (лес, море). Вертолет с ЭПР ~ 2 кв. м сопровождался на расстояние свыше 100 км. Высокая разрешающая способность радара - ~1м по дальности – обеспечивает распознавание движущихся целей. Более того, оказалось, что при умеренно узкой (~ 3 градусов) диаграмме направленности отражения от леса и взволнованного моря представляют собой последовательность изолированных узких пиков, что позволяет использовать алгоритмы СДЦ более эффективные, чем в радарах с ЛЧМ, ФКМ или ПСП модуляцией излученного импульса и компрессией эхо-импульса в приемнике.

4. M.I. Petelin, G. Caryotakis, A.A. Tolkachev, S.V. Kuzikov, G.K. Postoenko, M.L. Tai, and A.D. Yunakovsky, “Quasi-Optical Components for MMW Fed Radars and Particle Accelerators”, pp. 304-315, High Energy Density Microwaves, AIP Conference Proc 474, Pajaro Dunes, California, Oct. 1998, Ed. Robert M. Phillips, Woodbury, New York.
В микроволновом диапазоне по мере роста частоты большинство стандартных электродинамических элементов утрачивает эффективность из-за повышенных омических потерь, а в трактах высокой мощности – еще и вследствие пробоя и перегрева стенок. Очевидным решением этой проблемы является переход к сверхразмерным, как закрытым, так и открытым, элементам квазиоптического типа. Такого рода элементы (волновые трансформаторы, гофрированные и зеркальные волноводы, двунаправленные ответвители, модовые и частотные фильтры, универсальные поляризаторы и т. п.) вот уже несколько десятилетий разрабатываются для установок, используемых в экспериментах по программе управляемого термоядерного синтеза.
В мощной радиолокации и ускорителях заряженных частиц, наряду с перечисленными, приходится решать дополнительные проблемы, связанные преимущественно с необходимостью быстрого управления мощными волновыми потоками. Для решения таких проблем предлагаются квазиоптические
- вращающиеся сочленения,
- распределенные электрически управляемые фазовращатели,
- электрически- и фазо- управляемые волновые переключатели и сумматоры-коммутаторы,
- мультиплексеры,
- антенные дуплексеры,
- пассивные и активные компрессоры микроволновых импульсов.
Особую проблему представляет создание ускоряющей структуры для будущих электрон-позитронных коллайдеров, необходимых для прогресса физики элементарных частиц. Такого рода структуру предлагается реализовать в виде набора радиально-гофрированных металлических колец. Осевой период структуры и внутренний профиль колец подбираются, чтобы максимизировать пространственную гармонику рабочей моды, синхронную ускоряемым частицам. Радиальная брэгговская гофрировка локализует рабочую моду в параксиальной области и отфильтровывает паразитные моды - последний эффект предлагается использовать, с помощью цепи обратной связи, для подстройки системы фокусировки пучка частиц. В периферийной части колец их осевая симетрия нарушается для сопряжения с волновым потоком, фокусируемым на ось ускоряющей структуры.
[Работы, направленные на создание ускорителей электронов с энергиями ~1 TeV, ведутся ИПФ (отделы 110, 120, 150 и лаборатория 191) в сотрудничестве с SLAC, Yale University, NRL, CERN и ОИЯИ, Дубна].