- Рік заснування, історія створення.
Зародження та розвиток фізики низьких температур нерозривно пов’язані з Харковом. У 1930-х роках в УФТІ виникла перша кріогенна лабораторія, де працювали видатні вчені. Саме з іменами Івана Васильовича Обреїмова та Лева Васильовича Шубнікова пов’язано створення у Харкові Фізичного центру низьких температур.
Роботами Шубнікова Л. В., Трапезнікової О. М., Шалита С. С., Мілютіна Г. А. було започатковано дослідження низькотемпературних властивостей речовин, згодом названих антиферомагнетиками.
Л. Д. Ландау створив першу теорію антиферомагнетизму.
А. В. Шубніков відкрив ідеальний діамагнетизм і змішаний стан надпровідників ‑ великий «внесок у вивчення фізичних властивостей зріджених і затверділих газів».
До 1941 року в Харкові функціонувала єдина в СРСР дослідна станція глибокого охолодження (ОСЦВ), яка зробила поряд з УФТІ великий внесок у розвиток інженерної кріогеніки.
Після створення в грудні 1972 року Фізико-технічного факультету з вересня 1973 року почалася підготовка студентів з кріогенної техніки. Кафедра «Технічної кріофізики» (ТКФ) була організована 31 серпня 1977 року. Підготовка студентів за фахом «Кріогенна техніка і технології» (до 1989 р. – «Кріогенна техніка») проходить в НТУ «ХПІ» і на базі Фізико-технічного інституту низьких температур АН України (ФТІНТ).
Засновниками виступили академік Б. І. Веркін (директор ФТІНТ), академік І. М. Дмитренко та ректор ХПІ М. Ф. Семко.
Першим завідувачем став Подольський Анатолій Григорович, фахівець з розрахунків складних кріогенних систем
Подольський Анатолій Григорович
В 2025 році кафедра змінила назву на «Холодильна, кріогенна та кліматична техніка».
2. Всі завідувачі кафедри.
Анатолій Григорович Подольський (1977-2004). Перший завідувач кафедри, інженер-фізик, фахівець із розрахунків складних кріогенних систем. Започаткував наукову школу математичного моделювання нестаціонарних теплофізичних процесів низькотемпературних систему кріогеніці. За його керівництва було створено:
- унікальні методики проектування кріогенного обладнання, які використовуються в промисловості.
- систему підготовки інженерів-кріофізиків, що поєднувала фундаментальну фізику з прикладними технологіями.
Під його керівництвом кафедра стала однією з провідних у СРСР у галузі кріогенної техніки.
Володимир Михайлович Свистунов (2004-2008) _ доктор фізико-математичних наук, професор, лауреат Державної премії України. За його керівництва:
- було проведено революційні дослідження в галузі надпровідності та тунельних явищ;
- розроблено теоретичні основи високочутливих електронних систем, що використовуються у фізиці низьких температур.
Підготував плеяду кандидатів наук, які продовжили розвиток кріогенних технологій.
Володимир Михайлович Свистунов
Леонід Захарович Луб’яний (2008-2012) ‑ кандидат технічних наук, професор, спеціаліст у галузі магнітометрії.
Завдяки проведеним його науковою групою досліджень кафедра ТКФ отримала великий досвід по розробці магнітометричних приладів, у тому числі з використанням наноструктурованих матеріалів, які знаходять застосування при вивченні структури біологічних геомагнітних полів, в навігаційних системах, а також чутливих елементах скануючих магнітних мікроскопів при низьких температурах. Разом з вченими кафедри фізики металів і надпровідників розроблені фізичні основи створення високочутливих мультислоїстих магнітомодуляційних сенсорів нового покоління.
Леонід Захарович Луб’яний
Олександр Юрійович Сіпатов (2012–2020) ‑ доктор фізико-математичних наук, професор, фахівець з нанофізики. Сіпатов О. Ю. провів дослідження напівпровідникових наноструктур (квантові точки, тонкі плівки) та розробив нові матеріали для оптоелектроніки та енергоефективних технологій. Очолював міжнародні проекти з Польщею та США (CRDF, INTAS).
Опублікував понад 130 статей за напрямом «Напівпровідникові наноструктури: синтез, структура, властивості», які представляють величезний інтерес як для фундаментальних досліджень у галузі фізики конденсованого стану, так і для їх практичного застосування в сучасній мікро- і опто-електроніці.
Олександр Юрійович Сіпатов
Вадим Володимирович Старіков (з 2020 року) – доктор технічних наук, професор, експерт у галузі матеріалознавства.
Основні напрямки наукової роботи пов’язані з синтезом, аналізом структури і властивостей біосумісних матеріалів, а також розробками в енергетиці стосовно використання світлопоглинальних покриттів в енергетичних установках для опалення та гарячого водопостачання. За його керівництва:
- створено ефективні світлопоглинальні покриття для сонячних колекторів;
- впроваджено інноваційні системи терморегулювання на основі елементів Пельтьє;
- почався активний розвиток міжнародних зв’язків кафедри з університетами ЄС та США.
Вадим Володимирович Старіков
Кожен із завідувачів кафедри технічної кріофізики зробив вагомий внесок у розвиток науки та освіти. Від фундаментальних досліджень низьких температур (Подольський, Свистунов) до сучасних нанотехнологій та приладобудування (Луб’яний, Сіпатов, Старіков) – кафедра залишається однією з провідних у Європі у галузі кріогенної фізики та техніки.
- Наукові школи
Математичне моделювання кріогенних систем:
- математичне моделювання тепломасообмінних процесів у кріогенній системі очищення газових сумішей від домішок (ст. викл. Юшко С. В.);
- математичне моделювання процесів охолодження та термостатування об’єктів з використанням у народному господарстві (ст. викл. Юшко С. В.);
Кріогенна техніка ‑ це створення високоефективного теплового захисту кріобіологічних сосудів (проф. Жунь Г. Г.). На базі розробок високоефективного теплового захисту було впроваджено в серійне виробництво 7 типів кріобіологічних сосудів, які за своїми характеристиками стоять на рівні світових досягнень. Випущено більш як 160 тисяч таких пристроїв. Один із сосудів одержав диплом на виставці «Наука Харківщини – виробництву» та зараз демонструється на постійно діючій виставці НТУ «ХПІ».
Фізика низьких температур.
- вивчення фізичного середовища флуктуаційних процесів у малорозмірних магнетиках у дуже малих магнітних полях і низьких температурах (проф. Луб’яний Л. З.). Ці фундаментальні дослідження мають важливе значення для розуміння природи магнетизму при низьких температурах;
- розробка високочутливих магнітометрів нового покоління. Науковцями створені унікальні датчики магнітного поля з рекордною чутливістю до 10⁻¹⁰ Тл, що знаходять застосування у медицині, геологорозвідці та космічних дослідженнях.
- вивчення квантових явищ у твердих тілах при кріогенних температурах. Ці дослідження мають фундаментальне значення для розвитку квантових технологій.
Розробка високочутливих магнітометрів на основі ферозондов, – керівник проф. Луб’яний Л. З. Ферозонди знайшли широке застосування в розвідці корисних копалин (насамперед – пошуку нафти, газу, конденсату), пошуку об’єктів негеологічного походження, вивченні структури геомагнітного поля Землі і полів космічного простору, в навігаційних системах, в системах слідкуючого приводу, в автоматизації виробничих процесів. Останнім часом ферозонди застосовуються в якості датчиків магнітних мікроскопів. До переваг ферозондів слід віднести можливість вимірювання слабких магнітних полів (до 10-10Тл), високий коефіцієнт перетворення, високу швидкодію, можливість вимірювання вектора магнітної індукції.
Напрямки наукової діяльності кафедри
- зріджування газів та виробництво газових сумішей (ст. викл. Руденко М. З.)
- розробка системи регулювання температури масла для прокатного стану з використанням елементів Пельтьє (проф. Старіков В. В.)
- синтез, структура та властивості біосумісних шарових систем (проф. Старіков В. В.)
- Видатні випускники
Кафедра ТКФ може пишатися плеядою видатних випускників, чиї імена відомі у наукових колах по всьому світу. Ці фахівці, виховані харківською школою низьких температур, стали провідними науковцями та інженерами міжнародного рівня.
Ігор Дмитренко (випускник 1952 року), який пройшов шлях від студента ХПІ до академіка НАНУ. Лауреат Державної премії, він став науковим керівником філії кафедри у ФТІНТ, продовжуючи традиції харківської школи кріофізики. Його роботи в галузі низьких температур отримали визнання як в Україні, так і за її межами.
Дмитро Дікін (випускник 1982 року) – яскравий приклад того, як студентська спеціалізація з низькотемпературної електроніки може перерости у світове визнання. Нині професор Північно-Західного університету (США), він займається передовими дослідженнями фізики та механіки наноструктур. Його роботи, що почалися ще під час дипломного проекту у ФТІНТ, сьогодні спрямовані на вирішення актуальних проблем нанотехнологій, які фінансуються провідними країнами світу.
Олена Дікіна (випускниця 1982 року) – приклад універсального застосування знань, отриманих на кафедрі. Її студентська спеціалізація з теплових розрахунків низькотемпературних установок під керівництвом Подільського А. Г. несподівано знайшла продовження у сфері IT. Сьогодні Дікіна Олена є затребуваним спеціалістом з моделювання та розробки баз даних для світових фінансових гігантів, володіючи сучасними технологіями програмування.
Ігор Новицький (випускник 1982 року) реалізував свою студентську пристрасть до надпровідних магнітів у провідній національній лабораторії США. Його робота над ніобій-олов’яними магнітами для прискорювачів елементарних частинок у лабораторії ім. Фермі почалася ще зі стажування у Німеччині під керівництвом доктора Зігфріда Вольфа.
Юрій Стржемечний (випускник 1988 року) пройшов шлях від студента кафедри до професора у США. Його наукова кар’єра включала дослідження дифузії полімерів у CUNY, вивчення дефектів у напівпровідниках в Університеті Огайо, зараз він – професор в Техасі.
За роки існування кафедра підготувала понад 800 фахівців, 90 з яких отримали дипломи з відзнакою. Близько 90 випускників продовжили роботу у ФТІНТ, ставши частиною наукової еліти України. Інші знайшли себе на провідних підприємствах Харкова та всієї України, де їх знання та навички знаходять практичне застосування.
5. Найбільші здобутки
Розробка кріобіологічних посудів під керівництвом професора Г. Г. Жуня стала значним проривом у галузі кріогенної техніки. Науковцям кафедри вдалося створити цілу серію унікальних кріогенних посудів, які виробляються промисловим способом. За роки досліджень було розроблено сім різних модифікацій кріобіологічних посудів, кожен з яких має специфічні характеристики та призначення. Загальний обсяг виробництва цих унікальних виробів перевищив 160 тисяч одиниць, що свідчить про їхню практичну значущість та попит. Особливістю цих розробок є те, що за своїми технічними параметрами вони не поступаються найкращим світовим аналогам, а за деякими показниками навіть перевершують їх. Ці досягнення стали можливими завдяки глибоким теоретичним дослідженням теплофізичних процесів і ретельній оптимізації конструкцій.
Роботи зі створення магнітометричних сенсорів, які проводилися під керівництвом професора Л. З. Луб’яного, принесли кафедрі міжнародне визнання. Розроблені високочутливі ферозондові датчики відкрили нові можливості у вимірювальній техніці. Їхня унікальна конструкція, заснована на використанні спеціальних наноструктурованих матеріалів, дозволяє фіксувати надзвичайно слабкі магнітні поля. Ці розробки знайшли широке застосування у різних галузях: від геологічної розвідки, де вони допомагають у пошуку корисних копалин, до сучасних навігаційних систем, де забезпечують високу точність вимірювань. Особливу цінність представляє те, що ці датчики здатні стабільно працювати в умовах екстремально низьких температур, що робить їх незамінними у кріогенних дослідженнях.
Теоретичні дослідження в галузі тепломасообміну стали основою для численних практичних розробок кафедри. Науковцям вдалося розробити принципово нові методи розрахунку кріогенних систем, які враховують специфіку поведінки матеріалів і рідин при екстремально низьких температурах. Ці методики дозволили суттєво підвищити ефективність роботи кріогенного обладнання, зменшити енерговитрати та підвищити надійність систем. Особливу увагу приділялось оптимізації теплових захистів, що дозволило створити унікальні багатошарові ізоляційні системи з мінімальними тепловими втратами. Ці розробки мають як фундаментальне наукове значення, так і важливе практичне застосування у промисловості.
Дослідження наноструктурованих матеріалів відкрили нові горизонти для розвитку сучасних технологій. Науковці кафедри провели фундаментальні дослідження властивостей напівпровідників при низьких температурах, що дозволило зрозуміти механізми їхньої поведінки в екстремальних умовах. На основі цих досліджень було розроблено цілий ряд нових функціональних матеріалів з унікальними характеристиками. Ці матеріали знайшли застосування у різних галузях: від електроніки до енергетики, де вони дозволяють створювати більш ефективні та економічні пристрої. Особливу увагу приділялось розробкам матеріалів для роботи в кріогенному діапазоні температур, що має важливе значення для розвитку сучасних технологій.
Міжнародна діяльність. Кафедра мала плідну 18-річну співпрацю (2000-2018) з Інститутом Фізики Польської академії наук у дослідженнях напівпровідникових наноструктур IV-VI групи, що включала обмін технологіями, спільні експерименти та розробку унікального обладнання. Співпраця призвела до значних наукових результатів: 32 спільні публікації у міжнародних журналах, 4 патентні заявки та 8 наукових семінарів. Особливу увагу приділяли дослідженню квантово-розмірних ефектів і розробці нових методів синтезу наноматеріалів. Польські та українські науковці взаємно впроваджували свої методики, зокрема адаптували польську технологію молекулярно-променевої епітаксії. Ця співпраця значно посилила міжнародний авторитет кафедри у галузі кріогенних досліджень.