Закрыть
Регистрация
Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация

Эталон массы переведут в цифру?!

События

Эталон массы переведут в цифру?! 26.01.2017
Одноклассники Facebook LJ Twitter В Контакте

По информации Интернет-изданий,  международное сообщество метрологов должно окончательно определится со значением эталона килограмма до 1 июля 2017 года.  Именно тогда должны быть утверждено новое  определение этой единицы измерения массы.  Помогут это сделать идеальные кремниевые сферы, изготовленные в России.

Известно, что в Международной системе единиц (СИ) обозначены семь основных единиц измерения: метр, ампер, моль, кандела, секунда и килограмм.  Все другие единицы измерения из этого ряда,  кроме последней,  определяются экспериментально,  и только у килограмма есть вещественный эталон,  материальный объект,  созданный человеком.

Сегодняшний эталонный  килограмм равен весу прототипа, который хранится во Франции, в городе Севр, где находится Международное бюро мер и весов (МКМВ). Эталон представляет собой цилиндр из сплава платины и иридия.  В 2016 году эталон килограмма "отметил юбилей " – ему исполнилось 125 лет.

Но, как оказалось,  время имеет свою власть и над такими твердыми материалами как вышеукзанный сплав. У международного прототипа килограмма есть "близнецы " – еще 40 идентичных копий, распределенных между разными странами с тем, чтобы национальные бюро мер и весов, проводя измерения, отталкивались от "родных братьев" международного эталона. С основным прототипом эти "национальные" копии сверяют каждые 40 лет, и последняя по счету  проверка выявила отклонения в весе:  просто все копии эталона потихоньку теряют атомы.

Актуальность работы в подготовке нового эталона массы состоит в необходимости окончательного завершения переопределения основных единиц измерения в международной системе единиц СИ.  Это позволит сделать полную замену всей основы этой системы –  т.е  отказаться  от определения единиц измерения  через физические свойства макрообъектов (свойства веществ, материалов и физических тел) и перейти на определение единиц измерения через объекты микромира, свойства которых определены и проявляются через фундаментальные физические константы и физические закономерности.

Для килограмма (единицы массы) такое переопределение является особенно актуальным, поскольку действующее определение эталона массы основано на использовании некоего материального артефакта, хранящегося в настоящее время во Франции. Такое положение дела вызывает возникновение целого ряда актуальных проблем, связанных с постоянным контролем возможных изменений,  как в текущем состоянии собственно самой единицы массы,  так и с восстановлением эталона в случае повреждения или утраты.

Во вновь переопределяемой системе единиц измерения СИ предусмотрена фиксация значений  фундаментальных физических констант (ФФК),  в частности, числа Авогадро и постоянной Планка, на основе которых могут быть созданы два различных определения эталонного килограмма.

В случае с постоянной Планка сравниваются силы, воздействующие на катушку, которая находится в магнитном и гравитационном полях. Во втором варианте рассматривается идея "Проект Авогадро", в котором заняты немецкие и австралийские математики. Они предлагают определять килограмм путем подсчета числа атомов  монокристаллических кремниевых сфер . Если знать объем сферы, можно дать точное определение килограмму. 

Эти две группы проводили в период 2014-2016 годов  предварительные экспериментальные измерения, и в полученных  к настоящему времени результатах были выявлены различия, а значит, требуется корректировка методик. По предварительным оценкам, больше шансов "на жизнь" у эксперимента с постоянной Планка. Когда результаты оценит МКМВ, будет определено, что делать дальше. 

Если предлагаемые методы будут одобрены, то научная группа объединит результаты вычислений  на основе постоянной Планка и займется определением значения килограмма. Этот этап должен быть завершен до июля 2017 года. 

Группа Проекта Авогадро к этому времени собирается улучшить точность измерений, успеть провести новую серию опытов со сферами и опубликовать результаты. 

Выбор самой процедуры переопределения эталона килограмма намечена на 2018 год и предполагает замену платино-иридиевых национальных прототипов килограмма на откалиброванные с помощью ватт-весов кремниевые шары (калибровка будет осуществляться с применением постоянной Планка,  либо на сферы измеренные и изготовленные по технологии проекта «Авогадро»).

Новый килограмм будет иметь форму идеальной сферы. Материалом, из которого будет сделан эталон килограмма, станет монокристалл стабильного изотопа кремния-28. Этот изотоп оказался удобен для создания эталона массы потому, что образцы из него хотя и будут тоже терять атомы, но скорость их потери можно будет определить с высокой точностью и вовремя внести необходимые поправки.  





Новый прототип эталона килограмма  будет изготовлен в лаборатории Физико-технического федерального ведомства Германии в Брауншвейге, монокристалл изотопа кремний-28 для его изготовления будет выращен в Институте роста кристаллов в Берлине. Наработку же поликристаллического кремния, из которого будет выращен монокристалл, ведет Институт химии высокочистых веществ имени Девятых в Нижнем Новгороде.

А первичное, исходное сырье  - тетрафторид кремния-28 --  поставило для проекта  ПО "Электрохимический завод" ( г. Зеленогорск, Красноярский край).  поскольку это предприятие является одним из признанных мировых лидеров на рынке производства стабильных изотопов.
Один поликристалл весом шесть килограммов ранее был доставлен в немецкий Институт выращивания кристаллов для изготовления двух монокристаллических сфер из кремния-28. По отзывам немецких ученых, качество поставленных российской стороной материалов превзошло их ожидания.

При внедрении новых определений для воспроизведения единицы массы будет осуществляться компарирование массы в вакууме и ее последующая передача в условия атмосферы. В лаборатории массы «ВНИИМ им Менделеева» уже начата эксплуатация вакуумного компаратора, что стало возможным благодаря комплексу ранее проведенных работ.

Оборудование позволяет отработать измерительные технологии, которые необходимы для внедрения нового определения килограмма. Наряду с этим, ученые провели макетирование главных измерительных систем, которые могут найти применение для реализации различных вариантов новых определений килограмма. Сообщается, что уже сегодня созданные решения позволяют повысить в несколько раз точность компарирования массы в сравнении с аналогичной используемой эталонной аппаратурой.

Эти возможности позволят России на международном уровне поддерживать единство измерений в этой области после принятия нового определения единицы массы.





Возврат к списку