Neben dem wertvollen Kilo verfügt das Mendeleev-Forschungsinstitut in St. Petersburg über ein Standardmessgerät, Ampere und Kelvin
Was würde unser Leben werden, wenn die Maßeinheiten plötzlich verschwinden würden - all diese Volt, Gramm, Kelvin? Weder fernsehen, noch in den Laden gehen oder sich für das Wetter anziehen. Und das sind immer noch Blumen.
- Jeder Empfang von Informationen - visuell, textuell, akustisch - ist eigentlich ein Maß: Wenn wir Wörter, Symbole und Bilder unterscheiden, vergleichen wir sie mit etwas, - erklärt Kirill Gogolinsky, Direktor des Allrussischen Wissenschaftlichen Forschungsinstituts für Metrologie in Mendelejew. - Die Genauigkeit der Messungen bestimmt den wirtschaftlichen Entwicklungsstand des Staates und das Tempo seiner Entwicklung.
DIE GROSSEN SIEBEN
Die Metrologie, die Wissenschaft, die die Einheitlichkeit der Messungen gewährleistet, hilft, der ganzen Welt dieselbe Sprache zu sprechen. Ohne sie könnte die Menschheit den Handel nicht organisieren, die Arbeit der technischen Kommunikation aufbauen und sogar ein Auto zusammenbauen.
Mendelejew-Institut - die Wiege der russischen Metrologie Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
Die Ausführungsform des Maßes ist entweder eine Vorrichtung (zum Beispiel ein Lineal) oder ein Objekt (das gleiche Gewicht). Geräte und Objekte, von denen zahlreiche Kopien angefertigt werden, werden als Standards bezeichnet. Jeder Staat versucht, so viele Standards wie möglich zu schaffen und die höchsten Technologien dafür anzuwenden, um nicht jedes Mal für das Idealgewicht zu den Nachbarn oder nach Frankreich zu gehen (das Hauptkilogramm der Welt wird dort gelagert).
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- Heute gibt es in unserem Land 164 Standards, - erklärt der Chef von Rosstandart Alexei Abramov. - Russland ist eines der fünf Länder, die die Metrologie aktiv fördern.
Einige der Standards werden in einer Thermoskanne gespeichert, einem Gebäude in einem Gebäude. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
54 von 164 Standards werden im Forschungsinstitut von Mendelejew, der „Wiege der russischen Metrologie“, aufbewahrt. Alle Standards der Welt werden aus sieben Grundgrößen geboren: Meter (Länge), Kilogramm (Masse), Sekunde (Zeit), Ampere (elektrischer Strom), Kelvin (Temperatur), Mol (Substanzmenge) und Candela (Lichtstärke).
Staatliche Standards sind ein nationaler Schatz. Aber diese großartige Sieben ist die wertvollste unter ihnen. Und vier Maßnahmen - Meter, Ampere, Kelvin und Kilogramm - sind in St. Petersburg gelagert.
BEST ON EARTH
- Wir sind die besten der Welt in Kelvin! - Sagen Sie das Institut. - Inländische Entwicklungen können den Bereich auf 3.473 Grad Kelvin erweitern und den Reproduktionsfehler um das Eineinhalb- bis Zweifache reduzieren.
Kelvin nimmt einen halben Raum ein Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
Null auf der Kelvin-Skala entspricht minus 273 Grad Celsius. Der Temperaturstandard sieht bei weitem nicht wie ein Thermometer aus: Die Installation der komplexesten Wärmestrahler, vieler Linsen, zweier absolut schwarzer Körper und mehrerer Computer, basierend auf Quanteneffekten, dauert einen halben Raum. Siebzig Prozent der Teile sind russisch.
Der Raum, in dem der Kelvin "lebt", wird auf einer konstanten Temperatur gehalten: Selbst ein kurzer Aufenthalt einer Gruppe von Personen im Labor beeinflusst die Messwerte.
Das Temperaturmaß besteht aus vielen Strahlern und Linsen. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
- Jetzt vergleichen wir unseren Kelvin mit dem japanischen, - erklärt der Hüter des Kelvin Anatoly Pokhodun. - Der Prozess selbst nimmt viel Zeit in Anspruch: an einem Punkt zu vergleichen - ungefähr zwei Stunden, und dennoch ist er in vielen Fällen notwendig. Eine Person kann es nicht tun. Die Vorbereitung auf diesen Vergleich dauerte zehn Jahre.
KALTES PAAR
Der König unter den elektrischen Größen ist Ampere. Aber langsam gibt es eine Neuorientierung auf Quantenstandards von Volt (Spannung) und Ohm (Widerstand). Volt "lebt" in einer komplexen Installation in einem abgeschirmten Raum. Die Messungen werden bei extrem niedrigen Temperaturen durchgeführt.
- Bei der Wiedergabe spezieller elektrischer Größen werden die niedrigsten Temperaturen verwendet, - erklärt der Volthalter Alexander Katkov. - Die Temperaturen erreichen Millikelvin. Die thermischen Schwingungen der Atome in ihnen sind so gering, dass sie die elektrischen Eigenschaften von Materialien nicht zerstören. Volt bei vier Kelvin werden mit einer Genauigkeit von zehn bis minus elfter Potenz gemessen.
So sieht das Referenzvolt ungefähr aus Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
Im Wesentlichen ist ein Volt eine in flüssiges Helium eingebettete Mikroschaltung. „Wir haben den weltweit einzigen tragbaren Volt-Standard entwickelt“, erklärt Kirill Gogolinsky. - Mit ihrer Hilfe wurden internationale Vergleiche durchgeführt und wir zeigten die besten Ergebnisse der Welt.
Ohm bevorzugt auch extreme Kälte. Der Widerstand kann buchstäblich von einem Elektron verfolgt werden.
- Eines der Probleme ist das gegenwärtige Magnetfeld, - sagt der Bewahrer des Ohm Yuri Semenov. - Es ist nicht einfach, die Mikrostrukturen herauszuholen. Aber wir müssen Nanomengen messen.
… und so - oh Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
In der Mitte von Volt's Labor steht ein Steintisch. Dies ist jedoch nicht nur ein Möbelstück, sondern … der Höhepunkt eines dreistöckigen 750-Tonnen-Fundaments eines separaten Gebäudes innerhalb des Gebäudes. Die Beton "Thermoskanne" ist unabhängig von den Außenwänden. Schließlich sollte nicht die geringste Vibration - vom geschäftigen Moskovsky Prospekt, von der nahe gelegenen U-Bahnstation Tekhnologichesky Institut, von den Straßenbahnen auf Zagorodnoye - das Allerheiligste bis zu einem Kilogramm nicht erreichen.
"DENKEN" UND "ALT WERDEN"
Wenn die Standards der sechs grundlegenden Maßeinheiten auf physikalischen Konstanten basieren und nicht von "Eisen" abhängen, ist das Kilogramm der letzte Artefaktstandard. Das ist zwar perfekt, aber ein Objekt.
Keine Kappen und Trichter können Metall vor dem Abnehmen bewahren. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
„Der Weltstandard für das Kilogramm ist das Gewicht, das in Sevres bei Paris gelagert wird“, erklärt Gogolinsky. - Es gibt Kopien davon in allen messtechnischen Instituten der Welt. Die Situation ist folgende: Wenn Sie in Frankreich das Primärkilogramm stehlen, verliert die ganze Welt ein Kilogramm.
Das wichtigste russische Kilo (und sein Ersatz-Zwillingsbruder) ist 125 Jahre alt. Es ist ein Gewicht aus einer Legierung aus Platin und Iridium mit einer Höhe und einem Durchmesser von 39 Millimetern. Ein Kilogramm wird unter einer luftdichten Kappe in einem Safe hinter drei Schlössern in einem separaten Bunker in einem Labor mit einer bestimmten Luftfeuchtigkeit und Temperatur aufbewahrt, das sich im "Thermos" -Gebäude befindet.
Das perfekte Kilogramm, ausgedrückt in Konstanten, ist der Traum eines Metrologen. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
- Wir nehmen den Standard alle fünf Jahre zum Vergleich mit Kopien heraus, - sagt der Kilogrammhalter Viktor Snegov. - Das letzte Mal, dass sie mit dem Pariser Standard verglichen wurden, war 1993 und 2013.
Aber auch unter solchen Bedingungen hat das russische Kilogramm "abgenommen". Bisher ein Mikrogramm mit einem Messfehler von drei Mikrogramm. Aber sein französischer Vorfahr wurde im Laufe der Zeit um fünfzig Mikrogramm leichter. Der Grund, so die Wissenschaftler, ist die Bewegung von Atomen und der Mikrotransfer von Metallpartikeln zu den Trägern während der Vergleiche.
Das Öffnen eines Safes mit einem Kilogramm ist eine feierliche und mühsame Prozedur. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
Der bisherige Weltstandard für das Kilogramm war viel weniger zuverlässig und praktisch: Es war ein Kubikdezimeter destilliertes Wasser. Der Massenstandard hing unwillkürlich vom Längenstandard ab. Jetzt gibt es Vakuumkomparatoren - hochmoderne Skalen, die ein Objekt nach Atomen zählen können.
Der Komparator ist eine Waage, die Atome zählen kann. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
„Im Rahmen der Fehlerquote hat sich unser aktuelles Kilogramm nicht geändert, aber die Anforderungen steigen“, sagt Kirill Gogolinsky. - Es gibt nicht nur ein Problem der Genauigkeit, sondern auch der Erhaltung und Reproduktion des Kilogramms als solchem.
43 NULL
Die sich entwickelnde Wirtschaft und Industrie erfordert eine Erhöhung der Anzahl der Dezimalstellen.
„Die Neudefinition ist längst überfällig: Präzisionsindustrien wie die Pharmakologie entwickeln sich aktiv weiter“, stellt Alexey Abramov fest. - Der Beitrag der Metrologie zur Wirtschaft beträgt jedoch ein Prozent des BIP.
Der Ersatzmassenstandard ist ebenfalls 125 Jahre alt. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
Die Weltgemeinschaft plant, 2018 von künstlichen Standards zu absolut präzisen Quantenwerten überzugehen.
„Es gibt zwei internationale Projekte, die sich dem neuen Standard des Kilogramms widmen“, erklärt Viktor Snegov. - Die erste ist die Bestimmung des Kilogramms durch die Planck-Konstante unter Verwendung der sogenannten Watt-Skalen, die mechanische und elektrische Energie vergleichen. Der zweite ist der Weg des konstanten Avogadro und der Siliziumkugel.
Eine Kilogrammkugel aus Siliziumisotop 28 kann mit dem gleichen Gewicht verwechselt werden. Es gibt jedoch einen wichtigen Unterschied: Wissenschaftler wissen, wie viele Atome sich in dieser Kugel befinden. Es ist - es ist beängstigend zu sagen - ungefähr fünfzig Septillionen Stücke (nach fünf - 43 Null). Wenn sich die Menschheit von einem Gewicht zu einer Kugel bewegt, wird die Frage beantwortet, was ein Kilogramm ist: "Dies ist die Masse so vieler Silizium-28-Atome." Komparatoren werden dazu beitragen, neue Standards zu reproduzieren. Und keine Alterung des Metalls, keine Unstimmigkeiten.
Das Hauptkilogramm Russlands hat viele "Nachkommen". aus Stahl Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru.
- Silizium ist ein sehr stabiles Element: Es zerfällt nach Milliarden von Jahren, seine Oxidationsschicht ist minimal, - erklären die Wissenschaftler. - Es hat eine klare Kristallstruktur, so dass beim Mahlen in alle Richtungen die gleiche Anzahl von Atomen im Durchmesser erreicht werden kann. Der Ball ist die optimalste Form.
Es gibt jetzt ungefähr hundert solcher Sphären auf der Welt. Die ersten beiden kosteten zwei Millionen Euro: Nur das Polieren des reinsten in Russland hergestellten Siliziums, das in Australien stattfand, dauerte zwei Jahre.
IN DIESEM MOMENT:
In Lomonosov wird ein Technopark erscheinen, in dem neue Standards geschaffen werden
Im Kampf um die Unabhängigkeit von Importen "drängt" Russland auf die Metrologie. Auf der Grundlage des Mendeleev-Forschungsinstituts in Lomonossow wird ein Technopark entstehen, in dem neue Standards geschaffen und automatische Messsysteme entwickelt werden.
„Der Technopark wird russische Entwickler und Hersteller von Messgeräten und die Kompetenz von Rosstandart vereinen“, sagt Andrey Khovanskiy, Leiter der Abteilung für Investitionsprojekte bei VNIIM, benannt nach Mendeleev. - Wir planen einen vollständigen Ausschluss von Importen. Wenn es jetzt 89 Prozent sind, dann werden es bis 2020 mindestens fünfzig sein.
VNIIM benannt nach Mendeleev / kp.ru.
Der Technopark wird 2022 voll funktionsfähig sein. Auf dem 35,5 Hektar großen Gelände befinden sich jetzt achtzehn Gebäude, darunter einzigartige Gebäude: lärmunempfindliche Gebäude, unterirdische Labors. Sie müssen zwar repariert werden. In der ersten Phase werden auf dem Gelände fünf Industriegebäude, ein Logistikkomplex, ein Bürogebäude und drei Wohngebäude für gebietsfremde Spezialisten entstehen.
Design wird ein Jahr dauern, Reparatur und Bau zwei weitere. Alles braucht 9,1 Milliarden Rubel.
VNIIM benannt nach Mendeleev / kp.ru.
Der Technopark befasst sich zunächst mit automatisierten Messsystemen im Bereich der Ökologie. Die Pläne umfassen elektrochemische Messungen für die Medizin, die Messtechnik "intelligenter" cyber-physikalischer Systeme, die Messtechnik des Gases und den petrochemischen Komplex. Und gleichzeitig die Entwicklung der Referenzbasis. Darüber hinaus tun die Bewohner dies nur mit ihrer eigenen Ausrüstung.
„Wir diskutieren ein Paket steuerlicher Anreize für Technoparks“, sagt Maxim Meiksin, Vorsitzender des St. Petersburger Komitees für Industrie und Innovation. - Die Erstellung von Messgeräten und alles, was damit verbunden ist, wird in die Liste der Aktivitäten aufgenommen, für die die Steuersätze auf Null gesetzt werden.
Rund zehn Organisationen sind bereits bereit, im Technopark zu arbeiten. Smolny glaubt, dass der Lomonosov Technopark ein "ernstes Durchbruchsprojekt" werden wird.
Anna POSLYANOVA
