У минулому році у Всеросійському науково-дослідному інституті метрології ім. Д. І. Менделєєва з'явився дуже складний апарат, який вивів нашу країну на новий рівень в точності визначення кілограма. На думку вчених, подібний компаратор маси дозволить домогтися не тільки незалежності від інших країн в області вимірювань, але і посприяє розвитку в інших сферах, наприклад, в приладобудуванні. Кореспондент Міста + відправився в «колиску» вітчизняної метрології та дізнався, ніж учених не влаштувала «стара версія» кілограма, як ці зміни можуть торкнутися повсякденному житті городян і навіщо місту потрібен спеціалізований технопарк.
Ми часто не помічаємо, але самі різні заходи і величини супроводжують нас постійно - протягом всього дня і ночі. Експерти навіть вважають, що отримання будь-якої інформації (візуальної, аудіо або у вигляді тексту) є свого роду виміром. Адже коли ми розрізняємо якісь слова, символи або образи, то порівнюємо їх з певними поняттями, які спочатку закладені у нас в голові (наприклад, це можуть бути метри, кілограми, літри, вольти). У зв'язку з цим важливість науки, яка вивчає ці самі вимірювання, стає очевидною.
У ВНИИМ ім. Д.І. Менделєєва фахівці переслідують відразу кілька завдань. По-перше, активна діяльність ведеться щодо забезпечення єдності всіх вимірювань. «Без єдності неможливо організувати торгівлю. Адже коли ви приходите в магазин, то хочете, щоб упаковка, на якій написано «один кілограм» містила рівно кілограм. Також неможливо без єдності зібрати автомобіль. Уявіть, що в машині десятки тисяч деталей, вироблених на підприємствах в різних кінцях світу. Всі деталі повинні бути зроблені за єдиними розмірами. Те ж саме можна сказати про електричної енергії - в кожній розетки напруга і частота повинні бути точно визначені і встановлені. Це потрібно для того, щоб мільйони електричних приладів працювали правильно », - розповів директор інституту Кирило Гоголинського. По-друге, приділяється велика увага створенню та вдосконаленню вимірювальних технологій, необхідних для розвитку промисловості і, як наслідок, зростання економіки. «Це важливий інструмент для поліпшення якості виробленої продукції, забезпечення роботи транспортних систем, систем зв'язку. Це також серйозна складова для забезпечення обороноздатності країни », - додав керівник Агентства з технічного регулювання і метрології Олексій Абрамов.
Що не так з кілограмом?
Виявляється, маса - це остання міра з основних одиниць СІ, яка залишилася у вигляді артефакту. Іншими словами, вона збереглася у вигляді первинного рукотворного еталона - тобто гирі, оригінал якої знаходиться у Франції, в Міжнародному бюро заходів ваг. Сьогодні її точні копії знаходяться у всіх метрологічних інститутах світу і є державними первинними еталонами. У Північній столиці подібний злиток платини і іридію зберігають з 1892 року в будівлі, де раніше жив сам Дмитро Іванович Менделєєв. «Цим гирям вже більше ста років. Але, не дивлячись на те, що вони зроблені з абсолютно інертного сплаву, все одно відбувається окислення, а також є ризик втрати об'єкта при нещасних випадках. І насправді ситуація така, що якщо вкрасти первинний кілограм під Парижем, то весь світ втратить цю одиницю », - розповідає директор ВНИИМ ім. Д.І. Менделєєва Кирило Гоголинського. За його словами, з плином часу оригінальні артефакти втрачають у вазі. Французький кілограм, наприклад, вже встиг «схуднути» на сорок мікрограмів. Його копії, які розлетілися по всьому світу, ясна річ, також не застраховані від втрати ваги. Це створює проблему точності вимірювань і проблему збереження і відтворення самого кілограма. «Тому світове метрологічне співтовариство прийняло рішення на ряду з іншими основними одиницями перевизначити на основі фундаментальних базових констант кілограм. Вчені нічого кращого не придумали, як виготовити замість однієї гирі - іншу, а саме кремнієвий куля. Складається він з ідеальною кремнієвої структури, в якій міститься рахункове кількість атомів. Тобто якщо ми будемо знати точну кількість атомів, з яких складається ця сфера, то ми можемо чітко визначити, зі скількох атомів кремнію важить кілограм », - зазначає директор установи.
Але мало виготовити сам кремнієвий куля, його ще потрібно поширити. Для того, щоб це зробити, як раз і потрібен спеціальний і дуже складний прилад, який називається компаратор маси. Хоча зовні він і скидається на пральну машину, вартість апарату досить значна - мільйон євро. Він може порівняти еталонну гирю з робочим варіантом (за фактом - інший гирею) на атомному рівні. Якщо образно уявити суть винаходу, то виходить, що це суперсучасні ваги, що працюють в умовах високого вакууму. Цей апарат - перший в Росії, всього в світі їх не більше десяти. За першими результатами ВНИИМ точність передачі одиниці маси завдяки компаратору маси підвищилася в десять разів (як у вакуумі, так і в умовах атмосферного повітря). Тепер кремнієві сфери вважають майбутніми прототипом еталона кілограма. До речі, за словами зберігача еталона маси, він лежить в сейфі і дістається вкрай рідко (раз в п'ять років). Щоб відкрити сховище, використовуються три ключа (вони знаходяться в різних місцях). Для цього скликається спеціальна комісія.
Крім еталона кілограма, у ВНИИМ ім. Д.І. Менделєєва знаходиться також еталон одиниці температури - кельвін. Основна його особливість полягає в тому, що він на сімдесят відсотків складається з приладів і деталей, вироблених в Росії. Само по собі даний пристрій - найскладніші теплові випромінювачі, оптичні прилади. Також тут зберігається квантовий еталон вольта. Це єдиний в світі транспортується еталон. За допомогою нього були зроблені міжнародні світіння (поки перші в світі), де наша країна показала хороші результати. «Еталон вольта вдає із себе, по суті, мікросхему, яка поміщається в рідкий гелій. І за певних умов ця мікросхема забезпечує точно відомі значення вольта. Таким чином, відбувається відтворення основної одиниці », - пояснює Кирило Гоголинського.
Навіщо потрібен технопарк «Ломоносов»?
Фотографії: Е. Чуднів
Текст: Д. Маташіна