Oprócz cennego kilograma Instytut Badawczy Mendelejewa w Petersburgu ma standardowy metr, amper i kelwin
W co zmieniłoby się nasze życie, gdyby nagle zniknęły jednostki miary - wszystkie te wolty, gramy, kelwiny? Nie oglądaj telewizji, nie idź do sklepu, ani nie ubieraj się na pogodę. A to wciąż są kwiaty.
- Każdy odbiór informacji - wizualnej, tekstowej, dźwiękowej - jest właściwie pomiarem: kiedy rozróżniamy słowa, symbole, obrazy, porównujemy je z czymś - wyjaśnia Kirill Gogolinsky, dyrektor Ogólnorosyjskiego Instytutu Metrologii im. Mendelejewa. - Dokładność pomiarów determinuje poziom rozwoju gospodarczego państwa i tempo jego rozwoju.
WIELKA SIEDEM
Metrologia, nauka zapewniająca jednorodność pomiarów, pomaga mówić tym samym językiem całemu światu. Gdyby nie ona, ludzkość nie mogłaby zorganizować handlu, ustanowić pracy inżynierskiej komunikacji, a nawet zmontować samochód.
Instytut Mendelejewa - kolebka rosyjskiej metrologii Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Wykonaniem miary jest albo urządzenie (na przykład linijka), albo przedmiot (ta sama waga). Urządzenia i obiekty, z których wykonuje się liczne kopie, nazywane są wzorcami. Każdy stan stara się stworzyć jak najwięcej standardów i stosować w tym celu najwyższe technologie, aby za każdym razem nie jechać do sąsiadów lub do Francji po idealną wagę (tam przechowywany jest główny kilogram świata).
Film promocyjny:
- Dziś w naszym kraju istnieją 164 standardy - wyjaśnia szef Rosstandart Aleksiej Abramow. - Rosja jest jednym z pięciu krajów, które aktywnie promują metrologię.
Niektóre standardy są przechowywane w “ termosie ”, budynku wewnątrz budynku Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 z 164 wzorców znajduje się w Instytucie Badawczym Mendelejewa, „kolebce rosyjskiej metrologii”. Wszystkie wzorce świata powstają z siedmiu podstawowych wielkości: metr (długość), kilogram (masa), sekunda (czas), amper (prąd elektryczny), kelwin (temperatura), mol (ilość substancji) i kandela (natężenie światła).
Standardy państwowe to skarb narodowy. Ale ta wspaniała siódemka jest wśród nich najcenniejsza. A cztery miary - metr, amper, kelwin i kilogram - są przechowywane w Petersburgu.
NAJLEPSZE NA ZIEMI
- Jesteśmy najlepsi na świecie w Kelvinach! - mówi instytut. - Rozwój krajowy jest w stanie rozszerzyć zakres do 3473 stopni Kelvina i zmniejszyć błąd reprodukcji od półtora do dwóch razy.
Kelvin zajmuje pół pokoju Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Zero na skali Kelvina wynosi minus 273 stopnie Celsjusza. Standard temperatury nie przypomina termometru: instalacja najbardziej złożonych emiterów ciepła, wielu soczewek, dwóch absolutnie czarnych ciał i kilku komputerów opartych na efektach kwantowych zajmuje pół pokoju. Siedemdziesiąt procent części to rosyjskie.
Pomieszczenie, w którym „żyje” kelwin jest utrzymywane w stałej temperaturze: nawet krótki pobyt ludzi w laboratorium wpływa na odczyty.
Miernik temperatury składa się z wielu emiterów i soczewek. Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Teraz porównujemy nasze kelwiny z Japończykami - wyjaśnia opiekun kelwina Anatolija Pokhoduna. - Sam proces zajmuje dużo czasu: dla porównania w jednym punkcie - około dwóch godzin, a jednak w wielu jest konieczny. Jedna osoba nie może tego zrobić. Przygotowanie do tego porównania zajęło dziesięć lat.
ZIMNA PARA
Królem wielkości elektrycznych jest amper. Jednak powoli następuje reorientacja na kwantowe standardy wolta (napięcia) i om (rezystancji). Volt „żyje” w złożonej instalacji umieszczonej w ekranowanym pomieszczeniu. Pomiary przeprowadzane są w bardzo niskich temperaturach.
- Najniższe temperatury są stosowane przy odtwarzaniu specjalnych wielkości elektrycznych - wyjaśnia opiekun wolta Aleksandra Katkowa. - Temperatury sięgają milikelwinów. Drgania termiczne zawartych w nich atomów są na tyle małe, że nie niszczą właściwości elektrycznych materiałów. Wolty o wartości czterech kelwinów są mierzone z dokładnością od dziesięciu do minus jedenastej potęgi.
Tak w przybliżeniu wygląda napięcie odniesienia. Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Zasadniczo wolt to mikroukład osadzony w ciekłym helu. „Opracowaliśmy jedyny na świecie przenośny standard napięcia”, zauważa Kirill Gogolinsky. - Przy jej pomocy dokonywano porównań międzynarodowych i pokazaliśmy najlepsze wyniki na świecie.
Ohm również preferuje ekstremalne zimno. Opór można prześledzić dosłownie za pomocą jednego elektronu.
- Jednym z problemów jest obecne pole magnetyczne - mówi opiekun om Yuri Semenov. - Nie jest łatwo wydobyć z niego mikrostruktury. Ale musimy zmierzyć nano-ilości.
… I tak - och Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Na środku laboratorium Volta stoi kamienny stół. Ale to nie jest tylko mebel: to … szczyt trzykondygnacyjnego 750-tonowego fundamentu oddzielnego budynku w budynku. Betonowy „termos” jest niezależny od ścian zewnętrznych. Przecież ani najmniejsza wibracja - z ruchliwego Moskiewskiego Prospektu, z pobliskiej stacji metra Technologiczeskij Institut, z tramwajów kursujących po Zagorodnoje - nie powinna docierać do miejsca świętego, nawet do kilograma.
„MYŚLENIE” I „STAJE SIĘ”
Jeżeli standardy sześciu podstawowych jednostek miary są oparte na stałych fizycznych i nie zależą od „żelaza”, to kilogram jest ostatnim standardem artefaktu. To znaczy, chociaż doskonały, ale obiekt.
Żadne nakrętki i leje nie mogą uchronić metalu przed “ utratą wagi ” Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
„Światowym standardem kilograma jest waga przechowywana w Sevres pod Paryżem”, wyjaśnia Gogolinsky. - Są jej kopie we wszystkich instytutach metrologicznych na świecie. Sytuacja jest taka: jeśli ukradniesz główny kilogram we Francji, cały świat straci jeden kilogram.
Główny rosyjski kilogram (i jego zapasowy brat bliźniak) ma 125 lat. Jest to ciężarek wykonany ze stopu platyny i irydu o wysokości i średnicy 39 milimetrów. Kilogram jest przechowywany pod hermetycznym korkiem w sejfie z trzema zamkami w oddzielnym bunkrze w laboratorium o określonej wilgotności i temperaturze, które znajduje się w budynku „termosu”.
Idealny kilogram wyrażony w stałych to marzenie metrologa Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Wzorzec wyjmujemy co pięć lat dla porównania z egzemplarzami - mówi opiekun kilograma Wiktor Snegov. - Ostatni raz porównano je z paryską normą w 1993 i 2013 roku.
Ale nawet w takich warunkach rosyjski kilogram „schudł”. Jak dotąd jeden mikrogram z błędem pomiaru wynoszącym trzy mikrogramy. Ale jego francuski protoplasta z czasem stał się lżejszy o pięćdziesiąt mikrogramów. Jak sugerują naukowcy, powodem jest ruch atomów i mikrotransfer cząstek metalu na nośniki podczas porównań.
Otwieranie sejfu za pomocą kilograma to uroczysta i pracochłonna procedura Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Poprzedni światowy standard kilograma był znacznie mniej niezawodny i wygodny: był to decymetr sześcienny wody destylowanej. Standard masy mimowolnie zależał od standardu długości. Teraz są komparatory próżniowe - ultranowoczesne wagi, które są w stanie policzyć obiekt za pomocą atomów.
Komparator - wagi zdolne do liczenia atomów Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
„Na marginesie błędu nasz obecny kilogram się nie zmienił, ale wymagania rosną” - mówi Kirill Gogolinsky. - Występuje problem nie tylko z dokładnością, ale także z zachowaniem i odtworzeniem samego kilograma.
43 ZERO
Rozwijająca się gospodarka i przemysł wymagają zwiększania liczby miejsc po przecinku.
„Zmiana definicji jest spóźniona: branże precyzyjne, takie jak farmakologia, aktywnie się rozwijają” - zauważa Alexey Abramov. - Ale wkład metrologii w gospodarkę to jeden procent PKB.
Zapasowy wzorzec również ma 125 lat. Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Światowa społeczność planuje przejść od standardów stworzonych przez człowieka do absolutnie precyzyjnych wartości kwantowych w 2018 roku.
„Istnieją dwa międzynarodowe projekty poświęcone nowemu standardowi kilograma” - wyjaśnia Viktor Snegov. - Pierwsza to wyznaczenie kilograma za pomocą stałej Plancka za pomocą tak zwanych wag watowych, które porównują energię mechaniczną i elektryczną. Druga to ścieżka stałego Avogadro i kuli krzemowej.
Kilogramową kulę izotopu krzemu 28 można pomylić z taką samą masą. Ale jest jedna ważna różnica: naukowcy wiedzą, ile atomów znajduje się w tej kuli. Strasznie powiedzieć, że jest około pięćdziesięciu septilionów sztuk (po pięciu - 43 zero). Jeśli ludzkość przejdzie od ciężaru do kuli, wówczas odpowiedź na pytanie, czym jest kilogram, brzmi: „To jest masa tak wielu 28 atomów krzemu”. Komparatory pomogą odtworzyć nowe standardy. Bez starzenia się metalu, bez rozbieżności.
Główny kilogram Rosji ma wiele “ potomstwa ” ze stali Zdjęcie: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Krzem jest pierwiastkiem bardzo stabilnym: rozpada się po miliardach lat, jego warstwa utleniająca jest minimalna - wyjaśniają naukowcy. „Ma wyraźną strukturę kryształu, więc podczas mielenia można uzyskać taką samą liczbę atomów o średnicy we wszystkich kierunkach. Piłka ma najbardziej optymalny kształt.
Obecnie na świecie jest około stu takich sfer. Pierwsze dwa kosztowały dwa miliony euro: tylko polerowanie najczystszego krzemu wyprodukowanego w Rosji, które miało miejsce w Australii, trwało dwa lata.
W TYM CZASIE:
W Łomonosowie pojawi się technopark, w którym powstaną nowe standardy
W walce o uniezależnienie się od importu Rosja „naciska” na metrologię. Technopark powstanie na bazie Instytutu Badawczego Mendelejewa w Łomonosowie, gdzie będą tworzyć nowe standardy i rozwijać automatyczne systemy pomiarowe.
„Technopark połączy rosyjskich deweloperów i producentów sprzętu pomiarowego oraz kompetencje Rosstandart” - mówi Andrey Khovanskiy, szef działu projektów inwestycyjnych w VNIIM im. Mendelejewa. - Planujemy całkowite wykluczenie importu. Jeśli teraz jest to 89 procent, to do 2020 roku będzie to co najmniej pięćdziesiąt.
VNIIM nazwany na cześć Mendelejewa / kp.ru
Technopark będzie w pełni operacyjny w 2022 roku. Obecnie na terenie o powierzchni 35,5 ha znajduje się osiemnaście budynków, w tym unikatowe: budynki odporne na hałas, podziemne laboratoria. To prawda, że potrzebują naprawy. W pierwszym etapie na terenie powstanie pięć budynków przemysłowych, kompleks logistyczny, budynek biurowy oraz trzy budynki mieszkalne dla zamiejscowych specjalistów.
Projekt zajmie rok, naprawa i budowa jeszcze dwa. Wszystko potrzebuje 9,1 miliarda rubli.
VNIIM nazwany na cześć Mendelejewa / kp.ru
Przede wszystkim technopark zajmie się zautomatyzowanymi systemami pomiarowymi z zakresu ekologii. W planach są pomiary elektrochemiczne dla medycyny, metrologia „inteligentnych” systemów cyberfizycznych, metrologia kompleksu gazowo-petrochemicznego. A jednocześnie - rozwój bazy odniesienia. Co więcej, mieszkańcy zrobią to tylko na własnym sprzęcie.
„Omawiamy pakiet zachęt podatkowych dla technoparków” - mówi Maxim Meiksin, przewodniczący Komitetu Przemysłu i Innowacji w Sankt Petersburgu. - Stworzenie sprzętu pomiarowego i wszystko, co z nim związane, znajdzie się na liście czynności, dla których zostaną wyzerowane stawki podatkowe.
Około dziesięciu organizacji jest już gotowych do pracy w technoparku. Smolny uważa, że Technopark Łomonosowa stanie się „poważnym przełomowym projektem”.
Anna POSLYANOVA