Академик
Константин Фридэнович Гребёнкин
Константин Фридэнович Гребёнкин родился 22 июля 1955 года в с. Старая Калитва Новокалитвинского района Воронежской области.
В 1977 году окончил Московский инженерно-физический институт (ныне — Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», НИЯУ МИФИ) по специальности «теоретическая ядерная физика». Поступил на работу туда, где проходил преддипломную практику — в теоретическое отделение ВНИИП (ныне — ФГУП «Российский Федеральный Ядерный Центр — Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина», РФЯЦ-ВНИИТФ имени ак. Е.И. Забабахина): здесь прошел путь от инженера до первого заместителя научного руководителя РФЯЦ-ВНИИТФ.
Член-корреспондент РАН c 2019 ГОДА, академик с 2025 года — Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления.
Академик К.Ф. Гребёнкин — российский учёный в области физики высоких плотностей энергии, разработчик изделий специальной техники. Специалист в сфере детонации, физики плазмы, турбулентного перемешивания. Его научная деятельность охватывает широкий спектр направлений: от фундаментальных исследований по физике взрыва до практической работы по созданию новых специальных изделий, включая личное участие в их испытаниях. Внёс значительный личный вклад в разработку ряда изделий специальной техники с уникальными техническими характеристиками.
Первая научная работа К.Ф. Гребенкина была выполнена в конце 70-х годов прошлого века в составе группы, которой руководил крупный российский физик-теоретик, специалист в области физических теорий новой и специальной техники, академик АН СССР/РАН, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии Е.Н. Аврорин. Целью проекта являлась подготовка специализированного полигонного физического опыта и интерпретация его результатов. Так называемые «физопыты» проводились в то время с целью изучения физики высоких плотностей энергии, их результаты позволяли лучше понимать физические процессы, строить более точные теоретические модели и, в конечном счете, создавать более совершенные образцы вооружения. Результаты физопыта оказались совершенно неожиданными и не описывались расчетными методиками, доступными в то время. Работы по объяснению результатов физопыта продолжались в течение многих лет и только недавно их удалось полностью понять, благодаря использованию современных вычислительных возможностей.
В настоящее время К.Ф. Гребёнкин осуществляет научное руководство работами РФЯЦ-ВНИИТФ по ряду направлений, таких как:
- физика высоких плотностей энергии, виртуальные испытания изделий специальной техники, лазерный термоядерный синтез;
- исследования в интересах поддержания надёжности и безопасности изделий специальной техники;
- разработка суперкомпьютерной технологии виртуальных полномасштабных испытаний;
- расчётные и экспериментальные исследования по физике взрыва.
Основные научные результаты К.Ф. Гребёнкина:
- разработан ряд изделий специальной техники с уникальными техническими характеристиками;
- под его руководством и при непосредственном участии был выполнен цикл исследований процесса прямого преобразования ядерной энергии в лазерное излучение. Создан комплекс физических моделей процессов, протекающих при работе лазеров с ядерной накачкой, и предложены новые схемы получения лазерной генерации, которые были реализованы на экспериментальной базе РФЯЦ-ВНИИТФ, в том числе впервые в мире в условиях ядерной накачки получена лазерная генерация в ультрафиолетовом диапазоне;
- предсказан эффект перехода кристаллического взрывчатого вещества триаминотринитробензола (ТАТБ) в полупроводниковое состояние после воздействия ударной волны, на основе этих представлений была создана физическая модель детонации, которая в настоящее время применяется при обосновании надежности и безопасности специзделий;
- разработана замкнутая расчетная технология прямого суперкомпьютерного моделирования процессов в системах инерциального термоядерного синтеза;
К.Ф. Гребёнкин стоял у истоков работ РФЯЦ-ВНИИТФ по жидкосолевым реакторам и в 90-е годы руководил проектом Международного научно-технического центра (МНТЦ), который выполнялся в кооперации РФЯЦ-ВНИИТФ с ИАЭ им. И.В. Курчатова, ВНИИХТ и ИВТЭ УрО РАН.
В ходе работ по проекту МНТЦ на производственной площадке ВНИИТФ были созданы установки, позволяющие получать экспериментальные данные по физико-химическим свойствам перспективных расплавов фторидных солей, а также растворимости фторидов актинидов в этих композициях. В качестве реакторных материалов были исследованы некоторые никель-молибденовые сплавы, коррозионная стойкость которых была изучена в полномасштабных испытаниях на уникальной установке — коррозионном стенде. В результате была показана совместимость жидкосолевого топлива, содержащего плутоний, с конструкционными материалами первого контура.
Под научным руководством и при непосредственном участии К.Ф. Гребенкина был выполнен большой цикл работ по физике лазеров с ядерной накачкой, включая
- пилотное проектирование мощной лазерной установки с ядерной накачкой,
- теоретическое сопровождение экспериментальных исследований лазерной генерации и люминесценции на импульсном ядерном реакторе РФЯЦ-ВНИИТФ,
- разработка, с опорой на экспериментальные данные, расчетно-теоретических моделей лазерной генерации в условиях ядерной накачки,
- поиск перспективных активных сред и разработка предложений по постановке экспериментов.
В результате на установке РФЯЦ-ВНИИТФ в условиях ядерной накачки была получена лазерная генерация на 23-х длинах волн в 12-ти активных средах, в том числе, впервые в мире получена генерация в УФ-диапазоне в условиях, которые были предсказаны теоретически.
К.Ф. Гребёнкин создал модели физических явлений, лежащих на стыке различных дисциплин — так, к созданию модели кинетических процессов во взрывчатых веществах неожиданным образом была привлечена физика полупроводников. Им была предложена полупроводниковая модель детонации, основанная на предположении, что энергия от микроочагов реакций («горячих точек») передаётся в непрореагировавшее ВВ за счёт электронной теплопроводности. В подтверждение этого предположения по методу функционала плотности были выполнены расчеты ширины запрещённой зоны кристаллического ВВ триаминотринитробензола (ТАТБ), которые показали, что ТАТБ является широкозонным полупроводником.
По инициативе К.Ф. Гребенкина в РФЯЦ-ВНИИТФ были выполнены измерения электропроводности ТАТБ, сжатого ударной волной подпороговой интенсивности, в которых было зарегистрировано повышение электропроводности до уровня, характерного для полупроводников, таких как германий. Идея эксперимента состояла в том, чтобы обнаружить увеличение концентрации электронов в зоне проводимости и оценить теплопроводность электронов по значению электропроводности, измеренному в условиях ударноволнового воздействия.
Таким образом, ключевая идея полупроводниковой модели детонации была подтверждена экспериментально. На основе этих представлений была предложена физическая модель кинетики реакций в гетерогенных взрывчатых веществах при ударно-волновом инициировании детонации, которая реализована в гидрокодах РФЯЦ-ВНИИТФ и описывает обширную совокупность детонационных экспериментов.
К.Ф. Гребёнкиным была также предложена модель макрокинетики химических реакций в детонирующих гетерогенных взрывчатых веществах, основанная на предположении, что под действием инициирующей ударной волны образуются не только точечные, но и поверхностные микроочаги реакций («горячие поверхности»). Возникновение поверхностных «горячих точек» может быть вызвано локальным повышением температуры вблизи микротрещин и на границах зёрен. Модель проверена путём сравнения с результатами измерений профилей давления при инициировании детонации во взрывчатом составе на основе ТАТБ.
На основе концепции «горячих точек» К.Ф. Гребёнкиным были проанализированы общие закономерности, определяющие макрокинетику химических реакций в гетерогенных кристаллических взрывчатых веществах. Показано, что макрокинетика пластифицированного ТАТБ в основном определяется скоростью распространения горения от микроскопических реакционных точек («горячих точек»), в то время как макрокинетика пластифицированного гексогена и октогена определяется плотностью горячих точек, образующихся после прохождения инициирующей ударной волны через поры и другие неоднородности ВВ.
Рассмотрение К.Ф. Гребёнкиным физической модели низкоскоростной детонации в пластифицированном взрывчатом веществе на основе гексогена показало, что низкоскоростная детонационная волна в этом случае представляет собой комбинацию слабой головной ударной волны и последующей волны сжатия. Эта комбинация формируется в результате одновременного воздействия высвобождения энергии и расширения реагирующей среды. Основные характеристики низкоскоростной детонации, наблюдаемые в экспериментах, воспроизводятся в двумерных расчётах.
Еще одно направление работ К.Ф. Гребенкина по физике детонации — это исследование так называемого медленного энерговыделения, которое происходит за пределами зоны химических реакций и является следствием экзотермического процесса роста нанокристаллов ультрадисперсного алмаза, протекающего в ВВ с отрицательным кислородным балансом.
К.Ф. Гребёнкиным с сотрудниками этот процесс был зарегистрирован в эксперименте, в котором наблюдались две стадии роста электропроводности продуктов детонации пластифицированного ТАТБ: быстрая стадия с характерным временем 0,1 мкс, соизмеримым со временем химических реакций, и последующая медленная стадия, которая длится 0,5-1,0 мкс до начала разгрузки образца. Вторая стадия интерпретировалась как следствие повышения температуры из-за медленного выделения энергии в процессе роста углеродных наночастиц в продуктах взрыва.
Еще одно (неожиданное !) подтверждение наличия значительного медленного энерговыделения было получено в экспериментах ИЯФ СО РАН, по рассеянию синхротронного излучения, в которых регистрировался рост углеродных нанокристаллов в детонирующих ВВ. С помощью простых термодинамических расчетов по размерам наночастиц была оценена выделяющаяся энергия. Этот эффект был учтен в рамках предложенной К.Ф. Гребенкиным объединенной модели детонации, в которой макрокинетика химических реакций описывается в рамках полупроводниковой модели детонации, а модель медленного энерговыделения в продуктах взрыва за зоной химических реакций основана на результатах экспериментов ИЯФ СО РАН.
Для условий сильного инициирования детонации была реализована упрощенная версия модели — модель слабонеидеальной детонации, которая учитывает только медленное энерговыделение, в результате значительно снижаются требования к вычислительной сетке и необходимым вычислительным ресурсам. Модель протестирована на основе экспериментальных данных о зависимости скорости детонации от диаметра заряда и распространении детонации в кольцевом заряде.
За последнее время К.Ф. Гребенкин выполнил большой цикл работ по моделированию процессов, протекающих в системах инерциального термоядерного синтеза (ИТС), с учетом развития неустойчивостей — как крупномасштабных — например неравномерности облучения лазерных мишеней — так и мелкомасштабных, т. е. перемешивания. Сравнительно недавно, лет 10 тому назад, стало ясно, что традиционные диффузионные модели, основанные на предположении о возникновении развитой турбулентности, могут быть неприменимы для описания быстропротекающего процесса сжатия в системах ИТС. На первый план вышли подходы, основанные на прямом моделировании развития мелкомасштабных неустойчивостей.
Под руководством и при непосредственном участии К.Ф. Гребенкина были разработаны численные методы и создан многомерный программный комплекс для суперЭВМ, ориентированный на прямое моделирование систем ИТС с учетом неустойчивостей. Актуальной задачей является обоснование корректности моделирования, которая была решена путем «тотального тестирования», включающего сравнение с аналитическими решениями, результатами многочисленных экспериментов, а также с результатами расчетов модельных задач, выполненных в РФЯЦ-ВНИИЭФ, ИПМ РАН, Ливерморской национальной лаборатории и других организациях.
Итогом этой работы стала возможность надежного прогнозирования результатов полномасштабных экспериментов с системами ИТС.
В настоящее время актуальной задачей является создание суперкомпьютерной технологии виртуальных испытаний, которая представляет собой комплекс из современных моделей множества физических процессов, численных методов и программ для суперЭВМ. Эту задачу решает большой коллектив, научное руководство которым осуществляет К.Ф. Гребенкин. На данный момент этим коллективом получены следующие результаты:
- разработаны модели ряда физпроцессов с опорой на результаты специализированных экспериментов,
- выполнена системная интеграция моделей отдельных процессов в рамках единого комплекса,
- произведена верификация комплексной модели по результатам представительной совокупности интегральных полномасштабных экспериментов двух типов.
Работы по развитию суперкомпьютерной технологии виртуальных испытаний продолжаются в направлении расширения типов решаемых задач.
К.Ф. Гребенкин — автор около 300 научных работ, был научным руководителем пяти защищенных кандидатских диссертаций.
Член Президиума Уральского Отделения РАН, член НТС ядерно-оружейного комплекса Госкорпорации «Росатом», председатель специальной секции НТС ядерно-оружейного комплекса Госкорпорации «Росатом», заместитель председателя постоянно действующей межведомственной комиссии Минобороны РФ и Госкорпорации «Росатом», заместитель председателя НТС РФЯЦ-ВНИИТФ, член трех специальных диссертационных советов при РФЯЦ-ВНИИТФ и РФЯЦ-ВНИИЭФ.
Награжден орденом Почета, медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II ст.
Лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники.
Отмечен юбилейной медалью «300 лет Российской академии наук».
Ему присвоено звание «Почётный гражданин города Снежинска».