2011 წლის სამეცნიერო-ტექნოლოგიურ სამუშაოთა პროგრამის მოკლე ანგარიში


I ქვეპროგრამა:
“მაღალტემპერატურული თერმოელექტრული გენერატორის საცდელი ნიმუშის დამუშავება და შექმნა Si-Ge შენადნობების ფუძეზე და მობილური ფოტოელექტრული გარდამქმნელის საცდელი ნიმუშის დამზადება”.
თერმოელექტრული Si-Ge შენადნობები მაღალი ენერგეტიკული მახასიათებლებითა და ჰაერში 1100°C ტემპერატურამდე სტაბილურად მუშაობით გამოირჩევიან, რაც პერსპექტულს ხდის მათ პრაქტიკული გამოყენების თვალსაზრისით. ამ მიზნით საინტერესოა ულტრადისპერსული და ნანოზომებიანი მარცვლების Si-Ge შენადნობების ფხვნილებისაგან მეტალოკერამიკული მეთოდით ფორმირებული ნიმუშები, რომლებსაც გარდაქმნის მაღალი ეფექტურობა გააჩნიათ.
მცირე სიმძლავრის(≈100 ვტ-მდე) მობილური ავტონომიური დენის წყაროების შესაქმნელად ხშირად გამოიყენება თერმოელექტრული და ფოტოელექტრული გარდამქმნელები, რომელთა ძირითად მომუშავე ნაწილს თერმოელექტრული და ფოტოელექტრული მასალების ფუძეზე შექმნილი უნიფიცირებული ბატარეები წარმოადგენენ. ამ მიზნით მიზანშეწონილია ულტრადისპერსული და ნანოზომების მარცვლების შემცველი Si-Ge შენადნობებების ფუძეზე შექმნილი თერმოელექტრული ბატარეებისა და მონოკრისტალური Si-ის ფუძეზე შექმნილი ფოტოელექტრული ბატარეების გამოყენება. თერმოელექტრული გენერატორის ძირითად ნაწილს მისი შემადგენელი თერმოელექტრული ბატარეები წარმოადგენენ, რომლებშიც Si-Ge შენადნობებისაგან დამზადებული n- და p-ტიპის შტოები კომუტაციური გადასვლებით არიან ერთმანეთთან დაკავშირებული. დამზადებულია n- და p-ტიპის Si0,68Ge0,32 შენადნობების ფუძეზე 32 შტოიანი 3 ექსპერიმენტული მონოლითური თერმოელექტრული ბატარეა. თითეული შტოს ზომებია: 0,35 სმ x 0,7 სმ x 2,4 სმ. სამივე ბატარეის ცივ მხარეზე საკომუტაციო მასალად გამოყენებულია გრაფიტი, ცხელ მხარეზე კი ერთში – გრაფიტი, მეორეში – Si+5მას.%FeSi2+0,2მას%B შენადნობი, მესამეში – p-ტიპის Si0,68Ge0,32 შენადნობი. ბატარეების აწყობა განხორციელდა ინდუქციური ღუმელის ვაკუუმურ კამერაში 1000°C ტემპერატურაზე. განსაზღვრულია აღნიშნული ბატარეების ელექტროფიზიკური, თერმომექანიკური და ენერგეტიკული მახასიათებლები 100-700°C ტემპერატურულ გრადიენტში. სტაბილური ენერგეტიკული მახასიათებლების და დაბალი დანახარჯების მისაღწევად მიზანშეწონილია გაგრძელდეს კვლევები გერმანიუმის მცირე შემცველობის Si-Ge შენადნობებისა და შესაბამისი საკომუტაციო მასალების მისაღებად. დამზადებულია 1 თერმოელექტრული ბატარეისა და 4 თერმოელექტრული ბატარეის დამჭერი 2 კასეტა აფუების მეთოდით ფორმირებული Al2O3 და SiO2 ჟანგეულების შემცველი მსუბუქი ცეცხლგამძლე კერამიკული მასალისაგან. განსაზღვრულია მათი სიმტკიცე და თბომედეგობა. დამზადებულია 2,5; 15; 15 და 21 ვტ სიმძლავრის 4 დასაკეცი ელასტიკური მზის ფოტოელექტრული გარდამქმნელი. ისინი აწყობილია 0,7 და 2 ვატის სიმძლავრის ფოტოელექტრული ბატარეებისაგან. თერმოელექტრული ბატარეების დამზადების ტექნოლოგიური სამუშაოების უზრუნველსაყოფად დამზადებულია: 1 მჰც სიხშირის 15 კვტ სიმძლავრის ინდუქციური გენერატორი, ინდუქციური ღუმელის ვერტიკალური მიმართულებით (ზევით-ქვევით) მამოძრავებელი მოწყობილობა, ბურთულებიანი და დოლური წისქვილები და გარე ჭრის ალმასის დისკის დანადგარი.

II ქვეპროგრამა:
“Si-Ge სისტემის მონოკრისტალური ფუძეშრეების დამზადება და მათი სტრუქტურული და ნახევარგამტარული თვისებების კვლევა ოპტოელექტრონული ხელსაწყოების შესაქმნელად”
მიღებულია n-ტიპის Si0,98Ge0,02:As, Si0,97Ge0,03:As და p-ტიპის Si0,98Ge0,02:B მოცულობითი მონოკრისტალები ჩოხრალსკის ტიპის C-984M დანადგარზე. სადნობ მასალებად გამოყენებულ იქნა მაღალი სიწმინდის Ge, Si, B და As. დნობები ჩატარებულია გრაფიტის გამახურებელში მოთავსებულ კვარცის ტიგელში, 1420-1450 °C ტემპერატურებზე, 0,5 ბარი წნევის არგონის გარემოში. საცდელი ნიმუშები [111] ორიენტაციით გამოჭრილია ალმასის დისკოთი.
• მიღებულია ჩოხრალსკის მეთოდით პოლიკრისტალური სტრუქტურის თერმოელექტრული შენადნობები Si0,8Ge0,2:B p-ტიპის და Si0,8Ge0,2 :As n-ტიპის. საცდელი პროფილირებული ნიმუშები გამოჭრილია ალმასის დისკოთი.
• შესწავლილია მიკროსტრუქტურა ოპტიკურ მიკროსკოპზე Neophot-21. განსაზღვრულია (111) კრისტალოგრაფიულ სიბრტყეზე დისლოკაციების სიმკრივე და მათი განაწილების ხასიათი. პოლიკრისტალურ სტრუქტურაში შეფასებულია მარცვლების ზომები და ფორმა. შესწავლილია მონო- და პოლიკრისტალური ნიმუშების ელექტროგამტარობა, თერმული გაფართოების კოეფიციენტი და სითბოგამტარობა ტემპერატურულ ინტერვალში 20-1000°C. ოთახის ტემპერატურაზე განსაზღვრულია მიკროსისალისა და ძვრის მოდულის მნიშვნელობები. დადგენილია სტრუქტურული მდგომარეობის, ლეგირების ხარისხისა და თერმული დამუშავების გავლენით, ფიზიკურ-მექანიკური მახასიათებლების ცვლილებათა კანონზომიერება. შესწავლილია თერმოელექტრული პოლიკრისტალური შენადნობების ელექტრო-ფიზიკური თვისებები 20-1000°C ინტერვალში და განსაზღვრულია მათი თერმოელექტრული ეფექტურობის კოეფიციენტის მნიშვნელობები.
• განსაზღვრულია დაბალი სიხშირის დიაპაზონში მოქმედი შინაგანი ხახუნის დანადგარის გამოყენებით საცდელი მონო- და პოლიკრისტალური ნიმუშების სტრუქტურაში არსებული დეფექტების ჩასახვისა და მოძრაობის აქტივაციის ენერგიის სიდიდეები. გაანალიზებულია რეალური სტრუქტურული მდგომარეობისა და ნახევარგამტარული თვისებების ურთიერთკორელაციური დამოკიდებულება და მათი პროგნოზირებისა და მართვის შესაძლებლობები.

III ქვეპროგრამა:
“იონური იმპლანტაციით მოდიფიცირებული ახალი კლასის მასალების შექმნა და კვლევა”
• იონური იმპლანტაციის პირობების შესარჩევად და მიღებული შედეგების ინტერპრეტაციისათვის არსებული თეორიული მოდელის გამოყენებით გამოთვლილია მბომბავი იონების ძირითადი რადიაციული მახასიათებლების მნიშვნელობები. სამიზნეს მბომბავი იონების მახასიათებლების გამოთვლა არსებული თეორიული მოდელის გამოყენებითაა განხორციელებული.
პირველ რიგში ესაა - იონების განარბენებისა და სამიზნეს შემცველ ატომებთან დაჯახებების კასკადებში გამოყოფლი ენერგიის სივრცული განაწილების ფუნქციის პარამეტრების, მბომბავი იონების დეფექტების გენერაციისა და სამიზნეს შემადგენლობის ცვლილების უნარის, დასხივების დამანგრეველი დოზისა და სამიზნეს შემცველობის ცვლილებათა მნიშვნელობები.
• იონური იმპლატაციისათვის გამოყენებულია გაზოფაზური მეთოდით მიღებული კრისტალური β რომბოედრული ბორი.
• მინიმალური სისქის დანგრეული ფენის სუფთა ზედაპირის მისაღებად ხორციელდებოდა გამოჭრილი 1-3 მმ სისქის ნიმუშების სტანდარტული მექანიკური, ქიმიური და თერმული დამუშავება. მექანიკური პოლირება მიმდინარეობდა ალმასის პასტებით АСМ-5/1. გამოყენებული ტექნოლოგიით დამუშავებული ნიმუშების ზედაპირული დანგრეული ფენის სისქე არ აღემატებოდა 1-2 ნმ-ს, ხოლო რელიეფის სისქე 20 ნმ-ს, რაც იონური იმპლანტაციის და მათი თვისებების კვლევის მეთოდოლოგიურ მოთხოვნებს აკმაყოფილებს.
• იონური იმპლანტაცია ხორციელდებოდა დანადგარზე - "ვეზუვი", სამიზნის T=300-350 K ტემპერატურებზე, საკვლევი ატომების იონების ფლუენსებით F=1016-1017, იონ•სმ-2. იმპლანტაციისათვის იონების წყაროში სამუშაო ნივთიერებად გამოყენებულია ბორის ფტორიდი და ნახშირბადის ორჟანგი.
• ნახშირბადის იონებით ბორის ნიმუშისა და ბორის იონებით Si-Ge შენადნობების და დაბომბვით მიღებულია იონიმპლანტირებული მასალები მასალები.
• შესწავლილია ჩოხრალსკის მეთოდით მიღებული მონოკრისტალური Si და Si+ Ge (2,4 ატ% ) ნიმუშების მიკროსტრუქტურა, ელექტრული და მექანიკური თვისებები. აღნიშნული ნიმუშების (111) სიბრტყეებზე განხორციელდა ბორის იონებით იმპლანტაცია.
• დამუშავებულია მოცემულ კომპოზიციებზე (ფუძეშრე - ეპიტაქსიური ფენა) ელექტრული კონტაქტების დაფენის მეთოდიკა.


IV ქვეპროგრამა:
"კრიოგენული ტექნოლოგიების დამუშავება საკვები პროდუქციის ხანგრძლივი შენახვის უზრუნველსაყოფად. "
კრიოვაკუუმური ტექნოლოგიები ფართოდ გამოიყენებიან ვაკუუმის, სუბლიმა¬ციის, ღრმაჩაცივების, ამოორთქლების და რეგენერაციის პროცესების უზრუნველ-საყოფად. მისი გამოყენების ერთ-ერთი პერსპექტიული მიმართულებაა სოფლის მეურნეობის პროდუქტების - ხილის, ბოსტნეულის, წვენების, ხორცეულის, თევზეუ¬ლის და სხვათა დამუშავება ხანგრძლივად შენახვის თვალსაზრისით.
საქართველოში არსებობს მაღალი ხარისხის საკვები პროდუქტების წარმოების და ხანგრძლივად შენახვის როგორც ხალხური, ასევე სამეცნიერო ტრადიციები. ჩვენი მიზანია ამ სფეროს შესწავლა და რეგიონში საერთაშორისო სტანდარტების საკვები პროდუქტების წარმოების პერსპექტიული მიმართულებების დადგენა ადგილობრივი რესურსებისა და სამეცნიერო პოტენციალის გათვალისწინებით.
დასმული ამოცანის დამუშავება დავიწყეთ ჩვენთვის საინტერესო პროდუქტების მოკვლევით და შესაბამისი კლასიფიკატორის შედგენით.
ჩატარებული საძიებო სამუშაოების საფუძველზე, საკვები პროდუქციის ხანგრძ-ლივი შენახვის უზრუნველსაყოფად, შეიქმნა კრიოსუბლიმაციური დანადგარის საბაზო კონსტრუქცია, რომელშიც რეალიზებულმა ტექნიკურმა გადაწყვეტილებებმა მოგვცეს ექსპლოატაციური მახასიათებლების გაუმჯობესების საშუალება. მათ შორის ახალი კონსტრუქციის კრიოკონდენსატორი წყლის ორთქლისა და ნაჯერი აირების ეფექტური სუბლიმაციისათვის. იმისათვის, რომ კრიოკონდენსატორის ზედაპირზე მოლეკულები ადვილად დესუბლიმირებდნენ, კრიოკონდენსატორის ტემპერატურა ახლოს უნდა იყოს თხევადი აზოტის ტემპერატურასთან.
შესრულებულია კრიოსუბლიმატორის თბოფიზიკური და საინ¬ჟინრო გათვლები; შექმნილია კრიოსუბლიმატორის საკონსტრუქტორო - ტექნო¬ლოგიური დოკუმენტაცია; მომზადებულია მალეფუჭებადი საკვები პროდუქციის კლასიფიკატორი.



"კრიოტექნიკა ულტრადისპერსული ფხვნილების მიღების ტექნოლოგიაში სხვადასხვა დანიშნულების კომპოზიციური მასალების შექმნისათვის. "
კრიოტექნოლოგია როგორც მეთოდი მაღალეფექტურია ულტრადისპერსული ფხვნილების მიღების პროცესებში მასალების აიროვან-პლაზმურიდან მყარ ფაზურ მდგომარეობაში გადასვლისას.
მეტალური და არა მეტალური ულტრადისპერსული ფხვნილების მისაღებად ჩვენ ვთავაზობთ მობილურ კომპლექსურ დანადგარს - კრიოდისპერგატორს.
ამ მიზნით ჩვენს მიერ შესრულებულია ჩადგმული კრიოსორბციული ტუმბოს (შემომწდომი ამოტუმბვის ზონით) კონსტრუქციის თბოფიზიკური და საინჟინრო გათვლები. გაანგარიშების საფუძველეზე დამუშავებულია კრიოდისპერგატორის, კრიოჩამჭერის და ტექნოლოგიური მოწყობილობების კონსტრუქცია.
შესრულებულია კრიოდისპერგატორის თბოფიზიკური და საინჟინრო გათვლე-ბი; შექმნილია კრიოდისპერგატორის, კრიოჩამჭერის და კრიოკონდენსატორის საკონსტრუქტორო - ტექნოლოგიური დოკუმენტაცია; დამუშავებულია ელექტროგამფქვრევი მოწყობილობის და მართვის ბლოკის სქემა.


V ქვეპროგრამა:
"დედამიწის მაგნიტოსფეროს კუდის ნეიტრალური და პლაზმური ფენების მდგრადობის კრიტერიუმების და საკუთარი რხევების სიხშირული სპექტრის დადგენა მათი კონფიგურაციის, პლაზმის კუმშვადობის და სასრული გამტარობის გათვალისწინებით".

დედამიწის ატმოსფეროში აკუსტიკური ტალღის გენერაციის მექანიზმების და გავრცელების სიჩქარის განსაზღვრა ქვეპროგრამა შედგებოდა ორი ამოცანისაგან:
1) დედამიწის მაგნიტოსფეროს კუდის ნეიტრალური და პლაზმური ფენების მდგრადობის კრიტერიუმების და საკუთარი რხევების სიხშირული სპექტრის დადგენა მათი კონფიგურაციის, პლაზმის კუმშვადობის და სასრული გამტარობის გათვალისწინებით.
2) დედამიწის ატმოსფეროში აკუსტიკური ტალღის გენერაციის მექანიზმების და გავრცელების სიჩქარის განსაზღვრა.
დაგეგმილი იყო შემდეგი მოსალოდნელი შედეგების მიღება:
• მაგნიტოსფეროს კუდის ნეიტრალური და პლაზმური ფენების მდგრადობის კრიტერიუმებისა და მათი საკუთარი რხევების სიხშირული სპექტრის დაზუსტება.
• აკუსტიკური ტალღების თეორიაში არსებული წინააღმდეგობების აღმოფხვრა.
პირველი ამოცანით გათვალისწინებული მეცნიერული კვლევებიდან შესრულებულია შემდეგი სამუშაოები:
ა) მიღებულია მეტრიკული ოპერატორი, რომელიც იძლევა საშუალებას ჩაიწეროს მაგნიტოჰიდროდინამიკური განტოლებათა სისტემა ზოგადი სახით როგორც ბრტყელი, ასევე ცილინდრული სიმეტრიის ამოცანებისთვის.
ბ) ამ ოპერატორის გამოყენებით ჩაწერილია დიფერენციალური განტოლება, მაგნიტოსფერულ პლაზმაში წნევის შეშფოთების მიმართ, სადაც გათვალისწინებულია როგორც პლაზმის კუმშვადობა ასევე სასრული გამტარებლობა.
გ) აღნიშნული განტოლებისა და შესაბამისი სასაზღვრო პირობების გამოყენებით შესწავლილია მაგნიტოსფეროს დღის მხარეს არსებული სტაგნაციის ზონის მდგრადობის პირობები. ნაჩვენებია, რომ პლაზმის სასრული გამტარებლობა არის მიზეზი ამ ზონის აბსოლუტური მდგრადობისა მისი მზის ქარით გარსდენისას. მიღებული შედეგები გაფორმებულია სამეცნიერო სტატიის სახით ( "To the Question of Stability of a Large-Scale Hydrodynamic Pattern of a Solar Wind Flow around the Magnetosphere.") და გადაცემულია გამოსაქვეყნებლად ჟურნალში "Georgian International Journal of Science and Technology". რედაქციიდან მიღებული ინფორმაციის თანახმად ნაშრომი გამოქვეყნდება 2012 წელს მე-4 ტომის მე-3 ნომერში.
რაც შეეხება მაგნიტოსფეროს კუდს, მისი მდგრადობის კვლევისას წავაწყდით სერიოზულ მათემატიკურ სიძნელეებს, რომელთა დაძლევა მოითხოვს დამატებით დროს.
მეორე ამოცანით გათვალისწინებული მეცნიერული კვლევებიდან შესრულებულია შემდეგი სამუშაოები:
ა) ნაჩვენებია, რომ ატმოსფეროში ბგერის გავრცელების სიჩქარე წარმოადგენს ბგერის ადიაბატურ და იზობარულ სიჩქარეთა კომბინაციას, განსხვავებით დღეს არსებული მოსაზრებისგან, რომლის თანახმადაც ბგერას გააჩნია მხოლოდ ადიაბატური სიჩქარე.
ბ) ნაჩვენებია, რომ ბგერის სიჩქარის კომბინირებული ბუნება განაპირობებს მის ცხად დამოკიდებულებას სიმაღლეზე, განსხვავებით დღეს არსებული მოსაზრებისა, რომლის თანახმადაც, ბგერის სიჩქარის ცვლილება სიმაღლის მიხედვით დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურის ცვლილებაზე და არ არის დამოკიდებული ატმოსფეროს სმკვრივეზე, რომელიც, როგორც ჯერ კიდევ ლაპლასმა აჩვენა, ექსპონენციალურად მცირდება სიმაღლის ზრდისას.
ჩვენს მიერ მიღებული თეორიული შედეგები საჭიროებენ ექსპერიმენტულ შემოწმებას და თუ ისინი დადასტურდა, საქმე გვექნება უდიდესი მნიშვნელობის ფუნდასმენტურ აღმოჩენასთან, რომელიც სათავეს დაუდებს თვისობრივად ახალ კვლევებს როგორც გაზოდინამოკაში ასევე ჰიდროდინამიკაში. მათი შედეგების როლის შეფასება ზოგადად მეცნიერების განვითარების საქმეში და კერძოდ სამხედრო სფეროში ამ ეტაპზე შეუძლებელია. მიგვაჩნია, რომ შესაბამისი ექსპერიმენტების ჩატარება უნდა წარმოადგენდეს ერთ-ერთ პრიორიტეტულ ამოცანას ინსტიტუტის 2012 წლის სამეცნიერო გეგმაში.