КОСТЯНТИН МИКОЛАЙОВИЧ СТЕПАНОВ

 (до вісімдесятирріччя від дня народження)



           24 березня 2005 року виповнилося 80 років провідному вченому в галузі фізики плазми та керованого термоядерного синтезу в Україні, одному із творців електродинаміки плазми, члену-кореспонденту Національної академії наук України, заслуженому діячеві науки і техніки України, доктору фізико-математичних наук, професору Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, почесному доктору Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, завідувачу відділу теорії плазми Інституту Фізики плазми Національного Наукового Центру "Харківський фізико-технічний інститут" Степанову Костянтину Миколайовичу.
           К.М. Степанов є представником блискучої групи фізиків, які на початку п'ятдесятих років після закінчення Харківського державного університету починали свою роботу в теоретичному відділі Харківського фізико-технічного інституту під керівництвом академіка АН УРСР О.І. Ахієзера. 1954 року О.І. Ахієзер запропонував К.М. Степанову дослідити на основі кінетичної теорії спектри та загасання електромагнітних хвиль і взаємодію пучків заряджених частинок із електромагнітними хвилями в плазмі в магнітному полі. Першим результатом цих досліджень стала робота, виконана разом з О.Г. Ситенком "Про коливання електронної плазми в магнітному полі" (ЖЭТФ, 1956, т.31, с.642-651), у якій було розроблено метод дослідження коливань плазми, заснований на введенні тензора діелектричної проникності плазми, який залежить при врахуванні теплового руху частинок від частоти та хвильового вектора, і здобуто дисперсійне рівняння для плоскої електромагнітної хвилі, що поширюється в плазмі в магнітному полі.
           Метод, запропонований у цій роботі, став згодом стандартним методом вивчення хвиль у плазмі в магнітному полі. На його основі К.М. Степановим були детально вивчені спектри коливань плазми в магнітному полі та їхнє загасання. Він знайшов низку нових гілочок коливань гарячої плазми без зіткнень у магнітному полі - "швидкий" і "повільний" іонний звук, електронний звук, короткохвильову частину спектра альфвенівської (іонної циклотронної) гілочки коливань, зокрема, "модифіковану альфвенівську хвилю". Разом з О.Б. Кіценком і Д.Г. Ломінадзе ним представлена (1964 р.) повну картину спектрів електронних та іонних циклотронних коливань плазми, існування яких обумовлене ефектами скінченності ларморівського радіусу частинок плазми. Ним знайдені коефіцієнти черенковського без зіткнень і циклотронного загасання практично всіх гілочок коливань високотемпературної плазми в магнітному полі.
           Згодом циклотронне та черенковське загасання хвиль у магнітоактивній плазмі було досліджено К.М. Степановим разом із В.Л. Сизоненком (1965 р.) і у квазілінійному наближенні з урахуванням ефектів деформації функції розподілу резонансних частинок під дією високочастотного поля хвилі та кулонівських зіткнень. Проведені дослідження були узагальнені на випадок анізотропного розподілу частинок плазми по швидкостях і наявності неоднорідності плазми. К.М. Степанов запропонував використати для дослідження локальних плазмових резонансів у неоднорідній плазмі ефективний метод вузького шару, за допомогою якого ним були вивчені загасання та конверсія поверхневих хвиль в області локального ленгмюрівського та верхнього гібридного резонансів (1965 р.). Цей метод пізніше було використано К.М. Степановим та іншими авторами для розв’язання низки задач високочастотного нагрівання плазми. Особливо важливими виявилися дослідження конверсії альфвенівської хвилі із частотою, меншою за іонну циклотронну частоту, у дрібномасштабну сильно загасаючу "кінетичну" моду (В.В. Долгополов і К.М. Степанов, 1965 р.), що заклали основи "альфвенівського" методу нагрівання плазми.
           Проведені К.М. Степановим дослідження високочастотних властивостей плазми в магнітному полі були пов'язані з експериментами з високочастотного нагрівання плазми, які починалися в ХФТІ. К.М. Степановим і його колегами були запропоновані методи нагрівання плазми за допомогою швидких магнітозвукових хвиль із частотами порядку іонної циклотронної частоти, що використовують поглинання хвиль за рахунок різних процесів - резонансу на основній або на другій гармоніках циклотронної частоти іонів основного газу та електронного черенковського загасання (1959 р.) - ефекту конверсії в короткохвильову хвилю в плазмі з іонами двох сортів у неоднорідному магнітному полі токамака, яка надалі поглинається або за рахунок електронного черенковського загасання (Р. Кліма, А.В. Лонгінов, К.М. Степанов, 1974 р.), або за рахунок резонансу на другій гармоніці циклотронної частоти важких іонів спеціальної добавки, яку вводять до плазми, або за рахунок циклотронного резонансу на малій добавці іонів гелію-3. Ці методи нагрівання плазми є основними на багатьох великих токамаках і розглядаються як перспективні для токамака-реактора.
           Наявність неоднорідності магнітного поля уздовж магнітної силової лінії в токамаку або стеллараторі робить зв'язок між високочастотним струмом і полем хвилі нелокальним. У циклі робіт К.М. Степанова і його учнів (Т.Д. Каладзе, О.І. П’ятака та С.В. Касілова) розроблено нелокальну лінійну та квазілінійну теорію іонного циклотронного резонансу для швидких магнітозвукових хвиль. Постановка та розв’язання цих задач склали зміст монографії С.В. Касілова, О.І. П'ятака та К.М. Степанова "Nonlocal theory of cyclotron and Cherenkov absorption in nonunіformly magnetіzed plasma" (Revіews of Plasma Physіcs. Edіted by B.B. Kadomtsev. Vol. 20 Consultants Bureau/ New York - London, 1997, P. 61-300).
           К.М. Степанову належать важливі результати з теорії взаємодії потоків заряджених частинок із плазмою в магнітному полі. Ним, разом з О.Б. Кіценком (1961 р.), визначені інкременти наростання різних типів повільних хвиль, збуджуваних електронними та іонними пучками, інжектованими до плазми паралельно магнітному полю, а також спіральними пучками. Досліджено нелінійну стадію пучкових нестійкостей плазми в магнітному полі (О.Б. Кіценко, І.М. Панкратов, К.М. Степанов, 1974 р.), визначені амплітуди коливань у сильно нелінійному режимі для частинок пучка та умови оптимальної передачі енергії пучків плазми.
           К.М. Степановим і його співробітниками були вивчені явища нестійкості та турбулентності плазми з електричним струмом, що тече перпендикулярно магнітному полю. Показано, що розвиток нижньогібридних нестійкостей (К.М. Степанов, 1964 р.; В.Л. Сизоненко, К.М. Степанов, 1967 р.) призводить до утворення сильної дрібномасштабної турбулентності плазми, виникнення швидкого турбулентного нагрівання електронів та іонів, а також аномального опору, що приводить до загасання поля, що створює поперечний струм. Виконано цикл досліджень іонної циклотронної турбулентності плазми з поперечним струмом (В.С. Михайленко і К.М. Степанов, 1980-1984 р.), які дали можливість установити механізми та рівні насичення різних кінетичних іонних циклотронних нестійкостей, що виникають в однорідній і неоднорідній плазмі, плазмі з іонами одного та двох сортів.
           Теорії стійкості плазми в пастках присвячені роботи В.Д. Єгоренкова та К.М. Степанова (1970-1976 р.), у яких були вивчені електромагнітні конусна та дрейфово-конусна нестійкості, а також і високочастотні "шлангова" та "діамагнітна" нестійкості плазми в адіабатичних пастках, тиск плазми в яких дорівнює за порядком величини магнітному тиску. Розглянуто різновид високочастотної "шлангової" нестійкості у плазмових потоках, що взаємно проникають, на хвилях типу вістлерів і на основі квазілінійної теорії показано, що зворотна дія нестійких коливань призводить до майже повного гальмування електронних потоків.
           Великий цикл досліджень К.М. Степанова та його учнів присвячений теорії параметричних нестійкостей і параметричної турбулентності, що виникають при взаємодії хвиль, використовуваних при високочастотному нагріванні плазми, із частинками плазми. При нагріванні плазми швидкою магнітозвуковою хвилею або альфвенівською хвилею великої амплітуди швидкості відносного коливального руху компонентів плазми можуть бути порівнянними з або навіть більшими за теплову швидкість іонів. О.Б. Кіценком, В.І. Панченком та К.М. Степановим (1972-1975 р.) були розглянуті нестійкості за участю нижньогібридних, потенціальних іонних та електронних циклотронних, дрейфових, дрейфово-циклотронних, електронно-звукових хвиль. Для цих нестійкостей зсув частинок в електричному полі накачування - пoрядку поперечної довжини хвилі нестійких коливань.
           Збудження в плазмі різних параметричних нестійкостей призводить до аномально швидкого нагрівання плазми. Теорію такого нагрівання було розроблено В.С. Михайленком і К.М. Степановим (1980-1989 р.). Ними розроблений апарат теорії параметричної турбулентності плазми, що є узагальненням теорії слабкої турбулентності та квазілінійної теорії на випадок скінченних зсувів частинок в електричному полі хвилі накачування. На цій основі було побудовано теорію кінетичних параметричних іонних циклотронних нестійкостей плазми, які виникають при частоті поля накачування порядку іонної циклотронної частоти та обумовлених взаємодією резонансних електронів з биттями, утвореними нестійкими коливаннями та гармоніками хвилі накачування. Проведений аналіз нелінійної еволюції нестійкостей показав, що насичення нестійкостей відбувається внаслідок нелінійного розширення іонного циклотронного резонансу. Використання розробленої теорії дало можливість визначити внесок турбулентного нагрівання іонів та електронів у торсатроні "Ураган-3М".
           Високочастотне турбулентне нагрівання виникає також у геліконних джерелах плазми, які використовуються в плазмових технологіях і наукових дослідженнях. К.М. Степановим і В.С. Михайленком було показано (1997 р.), що аномально сильне нагрівання електронів і поглинання ВЧ поля гелікона, а також і сама підтримка розряду можуть бути обумовлені короткохвильовою кінетичною іонно-звуковою параметричною нестійкістю.
           Активна та надзвичайно продуктивна наукова діяльність К.М. Степанова призвела до створення цілої низки нових наукових напрямків у фізиці плазми та керованого термоядерного синтезу, наукової школи, багатої як кількістю учнів, так і їхніми науковими досягненнями. Ним підготовлено 26 кандидатів наук, 14 докторів наук. Він є автором понад 600 статей, 5 монографій, які є широко відомими в усім світі. Роботу з підготовки наукових кадрів К.М. Степанов проводить на фізико-технічному факультеті ХНУ імені В.Н. Каразіна ось уже 45 років, починаючи з 1965 року. Він читає лекції з фізики плазми, будучи одночасно завідувачем філією кафедри фізики плазми в ННЦ "ХФТІ".
           Бажаємо Вам, дорогий Костянтин Миколайович, - ученому, педагогові, інженерові та освіченому служителеві людства - міцного здоров'я, подальших творчих успіхів, щастя у Вашій родині та довгих років життя!

Бакіров В.С., Азарєнков М.О., Бережной Ю.А., Бірюков О.А., Власов В.В., Гірка І.О., Єгоренков В.Д., Залюбовський І.І., Карнаухов І.М., Кірочкін Ю.О., Михайленко В.С., Муратов В.І., Пелетмінський С.В., Терешин В.І., Фареник В.І., Ходусов В.Д., Шульга М.Ф.