კახა გორგაძე

"Boron nitride (BN) volume and nano-sized materials can be used for many different urgent purposes - from creation of hypersonic civil aircraft (due to high stability and integrity at high temperatures) to the development of effective cancer treatment methods (due to high values of thermal neutron capture cross section of 10B isotope and high energy proton cross section of 11B isotope). Nanostructured hexagonal boron nitride (hBN) is a highly prospective material for the tumor localized boron neutron and boron-proton capture therapy characterized by high biocompatibility and significant efforts have been made to reduce the conventional synthesis and annealing temperature and improve the crystalline structure. The most advanced methods of synthesis of the isotopic enriched h-BN

nanoparticle require synthesis and annealing temperatures higher than 900-1000 OC and quite expensive precursor materials like amorphous boron powder. The newly developed method being reported, utilizes gaseous ammonia and boron trifluoride at synthesis temperatures up to 250 OC and easily available cheap raw materials: gaseous boron trifluoride, gaseous ammonia and potassium chloride. The synthesis by-product undergoes farther processing, finally yielding again in boron trifluoride and ammonia. Despite of the extremely low temperature of synthesis (150-200OC) samples of BN nanosheets and nanoparticles with a clearly defined hexagonal structure have been synthesized using cheap and easily available

raw materials and a simple technological method."

Cancer therapy using high energy charged particles (primary, proton beams) is the most adavanced modality for the treatment of several kinds of cancer successfully used in more than 110 medical centers around the world. Increasing of the biological efficacy and safety of proton (hadron) therapy is a crucially emerging problem of modern medicine and space astrobiology. One of the most productive approaches is the so - called localized combined therapy using various kinds of nano-based fluids and involving nuclear reactions. An optimal "ensemble" of the adjuvant therapeutic modalities must consist of Curie temperature controlled magnetic (in our case, boron nitride encapsulated Ni-Cu and Ag:LaMnO3 nanoparticles) and isotopic enriched boron nitride (10B, 11B) nanoparticles, which can provide the treatment synergistic to radiotherapy. Moreover, due to the boron-proton and boron-neutron capture reactions, isotopic enriched 10 B and 11 B nanoparticles with the appropriate optimal spatial distribution inside and at the tumor boundaries, as a result of nuclear reactions, can generate a sufficient concentration of alpha particles and bring to a

drastical reduce of the number of protons and thermal/epithermal secondary neutrons affecting healthy cells. An optimized distribution of the isotopic enriched 10 B, 11 B nanoparticles and Li atoms can also improve the spatial distribution of the proton beam in body tissues. Mathematical simulation also showed that the enhanced proton therapy coud move close to 12C ion hadron therapy, but without its complications. 

Photon therapy is widely used in more than 110 medical centers around the world. The localized combined therapy using radiotherapy, mild hyperthermia, chemotherapy, photodynamic therapy ROS therapy a prospective tool to increase the biological effectiveness and safety of cancer therapy while the most advanced kind of the hyperthermia is the Curie temperature controlled localized hyperthermia (CTCLH) A principally new approach is the usage of the isotopic enriched 10B and 11B containing nanomaterials (both in the form of pure boron and boron nitride) nanoparticles and boron-neutron and boron-proton capture nuclear reaction products Novel microwave enhanced methods of synthesis magnetic metal nanoparticles, isotopic enriched hexagonal boron nitride (hBN) nanosheets and boron nitride encapsulated magnetic metal nanoparticles for the (CTCLH) and localized boron-neutron and boron-proton capture therapy were developed and their magnetic properties were tested. A novel ovoscopy method of testing the acute toxicity of the synthesized nanomaterials to avian embryos excluding the use of mammals and other living animals for drug testing was examined. 

The physical nature of the increase in the heat capacity of nanomaterials with a decrease in the sizes of their constituent nanoparticles has so far not been clear. This is due to the fact that the existing heat capacity mechanisms are not perfect, since they are not only quantitative, but also from a qualitative point of view, unable to explain many experimental facts. We have proposed a new physical mechanism for the heat capacity of solids, based on the consideration of redistribution of the kinetic energy received by a solid body into a potential (deformation of chemical bonds) and the kinetic energy of the system (temperature) due to a change in the energy of chemical bonds. The less energy of chemical bonds, the more likely they are to deform. With increasing temperature, the decrease in the energy of chemical bonds is due to the growing concentration of the resulting antibonding quasiparticles (AQP), which weaken the chemical bonds between the atoms around which they appear during their chaotic motion. AQP are electrons in the antibonding zone and holes in the bonding zone. The transfer of an electron by heat from the bonding to the antibonding zone with the formation of a hole in the bonding zone means the appearance of an AQP. The greater the concentration of AQP the less the energy of chemical bonds, the more likely they are deformed and the larger the increase in the fraction of the change in the potential energy in the kinetic energy received by the solid body. An increase in the share of potential energy causes an increase in the amount of heat necessary for heating the body by one degree, i.е. its heat capacity. It is shown that as the size of nanoparticles decreases, the effective concentration of AQP increases, which leads to an increase in the probability of deformation of chemical bonds and, correspondingly, to an increase in the fraction of potential energy. Specific examples confirming the truth of the proposed mechanism are given.

Georgia takes active steps for establishment of Radioactive Waste Management System (RWMS) in the country: –Based on the international support the

Centralized radioactive waste Storage Facility (CSF) was constructed and commissioned; –Georgia joined to “Join Convention on the Safety of Spent Nuclear Fuel Management and on the Safety of Radioactive Waste Management”. The first country status report was sent to International Atomic Energy Agency (IAEA) at 2011; –IAEA experts reviewed draft Georgian law “On Radioactive Waste Management”; –The first radiological survey of disposal site was conducted together with Swedish experts at 2011; –EU Project “Survey and Strategic Assessment of Georgian Radwaste Interims Storage and Disposal Facilities” was conducted at 2012–2013; –EU Project “Aim Conducting of Safety

Assessment of CSF and Disposal” was started at 2013. Generally speaking, RWMS should contain four major elements: legal basement, administrative structure, infrastructure for handling with radioactive waste, and financial system. Only some parts of above-mentioned elements are exist in Georgia now. RWMS should meet nine basic principles defined by IAEA.

Исследовали мартенситные превращения и эффекты памяти формы в сплавах Ti–43,2масс.%Ta, Ti–50масс.%Ta и Ti–59,8масс.%Ta. Сплавы предварительно закаливали

после часового отжига при 1000 ºС. Фазовый состав в исходном состоянии контролировали рентгенографически. В случае Ti–43,2масс.%Ta это был a¢¢-мартенсит, для Ti–50масс.%Ta – a¢¢+(β) и β + (a¢¢) для сплава Ti–59,8масс.%Ta. Характер фазовых превращений исследовали методом дифференциальной калориметрии. Предварительная

деформация методом кручения.

Эффект памяти формы исследовали после задания предварительной деформации,

которую проводили двумя способами в режиме кручения. В первом случае образец нагружали в интервале температур Ms < T < As, защемляли образец и охлаждали до комнатной температуры в защемленном состоянии. Во втором случае охлаждение после

изотермического нагружения в интервале температур Ms < T < As происходило при действии постоянной приложенной нагрузки. Для всех сплавов степень восстановления

формы при исходной деформации до 4-5% была не ниже 90-98%. Исследование реактивных напряжений производили при нагреве до 800 ºС жестко закрепленных с обоих

концов образцов сплавов. Максимальное значение реактивных напряжений для различных степеней исходной деформации достигалось в интервале температур 400-500 °С.

Их величина при предварительной деформации 8-10% достигала 350-450 МПа. Сверхупругость сплавов при комнатной температуре при деформации 4-5% возрастала с 60-

70-% до 97-100% после четырех-пяти циклов нагружение-разгрузка. Демпфирующая

способность Ψ = 2πQ-1 (Q-1

внутреннее трение) в области температур обратного мартенситного превращения составляла 13-23% для герцевых и ~6% для килогерцевых частот колебания. 

Исследовали неупругие эффекты в бинарных сплавах Ti–25,9масс.%Nb, Ti–29,8масс.%Nb и Ti–33масс.%Nb. Сплавы закаливали после часовой выдержки при температуре существования β-аустенита (950-1000 °С). Закалка фиксировала a¢¢- мартенсит в Ti–25,9масс.%Nb, a¢¢+(β) в Ti–29,8масс.%Nb и a¢¢+ β в Ti–33масс.%Nb. Исходный перед деформацией фазовый состав контролировали рентгенографически. Фазовые превращения исследовали методом дифференциальной сканирующей калориметрии в диапазоне температур от комнатной до 700 °С. Эффект памяти формы, сверхупругость, демпфирующую способность и реактивные напряжения исследовали в режиме кручения. При исследовании эффекта памяти формы предварительную деформацию задавали  за счет пластичности прямого превращения – после изотермического нагружения образца при T > Ms осуществляли его охлаждение до комнатной температуры при постоянно действующем напряжении. Для значений деформации, не превышавших 5%, степень восстановления формы была не ниже 95-98%. Увеличение исходной деформации

снижало степень восстановления формы. Измерение величины реактивных напряжений

при нагреве (до 800 °С) жестко закрепленных с обоих концов образцов показало максимальные значения 400-450 МПа для всех сплавов при степени исходной деформации

8-10%. Сверхупругость при комнатной температуре после 5-6 циклов нагружениеразгружение возрастала (при полной деформации порядка 4-5%) в среднем с 50 до

100%, практически у всех сплавов. Демпфирующую способность сплавов, связанную с протеканием обратного мартенситного a¢¢→ β превращения, исследовали методом прямого маятника и акустического спектрометра. В области герцевых частот демпфирование колебаний сплавами изменялось от 10% до 20% и составляло ~3% для частоты вынужденных колебаний в

килогерцовом интервале.

Исследован эффект памяти формы (ЭПФ) в многокомпонентных сплавах на основе титана: Ti–7,5Nb–7,4Mo; Ti–9,9Nb–10,0V; Ti–8,8Ta–9,0V; Ti–7,8Ta–8,1Mo; Ti–5,1Ta–

4,9Mo–4,9V; Ti–5,0Nb–4,9Mo–4,8V (масс.%). Процентное содержание компонентов Деформирование в режиме кручения проводили нагружением образцов при температуре Td > Ms и последующим охлаждением до комнатной температуры под приложенной нагрузкой. Нагрев образцов проводили пропусканием электрического тока. Температура Td достигалась либо нагревом образцов от комнатной температуры, либо охлаждением после предварительного нагрева до T >> Af. ЭПФ для всех сплавов,

кроме Ti–9,9Nb–10,0V, имел место только при охлаждении до Td с высоких температур. При нагреве от комнатной температуры до Td ЭПФ в этих сплавах был слабо выражен. Процесс деформации и восстановления формы для сплава Ti–5,1Ta–4,9Mo–4,9V представлен на рис.1 (запись на двухкоординатном самописце). Полученная зависимость эффекта памяти формы от степени предварительной деформации для всех исследованных сплавов приведена на рис.2. Наиболее перспективными представляются четырехкомпонентные сплавы. Характерным отличием этих сплавов, кроме высоких значений h, является малая ширина интервала обратного мартенситного превращения (Af – As » 50°) по сравнению с трехкомпонентными сплавами. Измерялись также значения реактивного напряжения при различной степени предварительной деформации. подбиралось по степени метастабильности β-фазы для значений Kβ ~ (0,9 – 1,2). Закалку сплавов производили после часовой выдержки при 1000 °С. Исходный фазовый состав соответствовал (α˝) или (α˝+ β). 

დისერტაციის რეცენზირება

სამაგისტრო ნაშრომების ხელმძღვანელობა

სადოქტორო თემის ხელმძღვანელობა/თანახელმძღვანელობა

უცხოურ ენებზე მონოგრაფიის სამეცნიერო რედაქტირება

ქართულ ენაზე მონოგრაფიის სამეცნიერო რედაქტირება

რეფერირებული ან პროფესიული ჟურნალის/ კრებულის მთავარი რედაქტორობა

სამეცნიერო პროფესიული ჟურნალის/ კრებულის რეცენზენტობა

რეფერირებული სამეცნიერო ან პროფესიული ჟურნალის/ კრებულის სარედაქციო კოლეგიის წევრობა

საერთაშორისო ორგანიზაციის მიერ მხარდაჭერილ პროექტში/გრანტში მონაწილეობა

სახელმწიფო ბიუჯეტის სახსრებით მხარდაჭერილ პროექტში/ გრანტში მონაწილეობა

პატენტის ავტორობა

უფლება ქართულ ან უცხოურ სასაქონლო ნიშანზე, სასარგებლო მოდელზე

საქართველოს მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის ან სოფლის მეურნეობის აკადემიის წევრობა

საერთაშორისო პროფესიული ორგანიზაციის წევრობა

კონფერენციის საორგანიზაციო/ საპროგრამო კომიტეტის წევრობა

ჯილდო ეროვნული/ დარგობრივი პრემია, ორდენი, მედალი და სხვ.

საპატიო წოდება

მონოგრაფია

სახელმძღვანელო

სტატია მაღალ რეიტინგულ და ადგილობრივ ჟურნალებში

პუბლიკაცია სამეცნიერო კონფერენციის მასალებში, რომლებიც ინდექსირებულია Web of Science-ში და Scopus-ში