Naast de waardevolle kilo heeft het Mendeleev Research Institute in St. Petersburg een standaardmeter, ampère en kelvin
Wat zou ons leven veranderen als de meeteenheden plotseling zouden verdwijnen - al deze volt, gram, kelvin? Kijk geen tv, ga niet naar de winkel en kleed je niet voor het weer. En dit zijn nog steeds bloemen.
- Elke ontvangst van informatie - visueel, tekstueel, auditief - is eigenlijk een meting: wanneer we woorden, symbolen, afbeeldingen onderscheiden, vergelijken we ze met iets, - legt Kirill Gogolinsky uit, directeur van het Mendeleev All-Russian Scientific Research Institute of Metrology. - De nauwkeurigheid van metingen bepaalt het niveau van economische ontwikkeling van de staat en het tempo van zijn ontwikkeling.
GROTE ZEVEN
Metrologie, een wetenschap die de uniformiteit van metingen garandeert, helpt om de hele wereld dezelfde taal te spreken. Als het niet voor haar was, zou de mensheid geen handel kunnen organiseren, het werk van technische communicatie tot stand kunnen brengen, zelfs geen auto kunnen bouwen.
Mendeleev Instituut - de bakermat van de Russische metrologie Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
De uitvoering van de maat is ofwel een apparaat (bijvoorbeeld een liniaal) of een object (hetzelfde gewicht). Apparaten en objecten waarvan talloze kopieën worden gemaakt, worden standaarden genoemd. Elke staat probeert zoveel mogelijk normen te creëren en hiervoor de hoogste technologieën toe te passen, om niet elke keer naar de buren of naar Frankrijk te gaan voor het ideale gewicht (de belangrijkste kilo van de wereld wordt daar opgeslagen).
Promotie video:
- Tegenwoordig zijn er in ons land 164 normen, - legt het hoofd van Rosstandart Alexei Abramov uit. - Rusland is een van de vijf landen die actief metrologie promoten.
Sommige normen worden opgeslagen in een “ thermoskan ”, een gebouw in een gebouw Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 van de 164 normen worden bewaard in het onderzoeksinstituut van Mendeleev, "de bakermat van de Russische metrologie". Alle normen van de wereld worden geboren uit zeven basisgrootheden: meter (lengte), kilogram (massa), seconde (tijd), ampère (elektrische stroom), kelvin (temperatuur), mol (hoeveelheid stof) en candela (lichtsterkte).
Staatsnormen zijn een nationale schat. Maar deze prachtige zeven zijn de meest waardevolle onder hen. En vier maten - meter, ampère, kelvin en kilogram - worden opgeslagen in St. Petersburg.
BESTE OP AARDE
- We zijn de beste ter wereld in Kelvin! - zeg het instituut. - Binnenlandse ontwikkelingen zijn in staat om het bereik uit te breiden tot 3.473 graden Kelvin en de reproductiefout met anderhalf tot twee keer te verminderen.
Kelvin bezet een halve kamer Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Nul op de Kelvin-schaal is gelijk aan minus 273 graden Celsius. De temperatuurstandaard lijkt verre van een thermometer: een installatie van de meest complexe warmteafgevers, veel lenzen, twee absoluut zwarte lichamen en meerdere computers, gebaseerd op kwantumeffecten, neemt een halve kamer in beslag. Zeventig procent van de delen is Russisch.
De kamer waar de kelvin "leeft" wordt op een constante temperatuur gehouden: zelfs een kort verblijf van een gezelschap van mensen in het laboratorium heeft invloed op de metingen.
De temperatuurmeting bestaat uit vele stralers en lenzen. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Nu vergelijken we onze kelvin met de Japanners, - legt de keeper van de kelvin Anatoly Pokhodun uit. - Het proces zelf kost veel tijd: op een gegeven moment vergelijken - ongeveer twee uur, en toch is het in veel gevallen nodig. Eén persoon kan het niet. Het kostte tien jaar om deze vergelijking voor te bereiden.
KOUD PAAR
De koning onder de elektrische grootheden is ampère. Maar langzaamaan komt er een heroriëntatie op de kwantumnormen van volt (spanning) en ohm (weerstand). Volt "woont" in een complexe installatie in een afgeschermde ruimte. Metingen worden uitgevoerd bij ultralage temperaturen.
- De laagste temperaturen worden gebruikt bij het reproduceren van speciale elektrische grootheden, - legt de bewaker van de volt Alexander Katkov uit. - Temperaturen bereiken millikelvin. Daarin zijn thermische trillingen van atomen zo klein dat ze de elektrische eigenschappen van materialen niet vernietigen. Volt op vier kelvin wordt gemeten met een nauwkeurigheid van tien tot het min elfde vermogen.
Dit is ongeveer hoe de referentiespanning eruit ziet. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
In wezen is een volt een microschakeling ingebed in vloeibaar helium. "We hebben 's werelds enige draagbare volt-standaard ontwikkeld", merkt Kirill Gogolinsky op. - Met behulp hiervan zijn internationale vergelijkingen gemaakt en hebben we de beste resultaten ter wereld laten zien.
Ohm geeft ook de voorkeur aan extreme kou. De weerstand kan letterlijk worden getraceerd door één elektron.
- Een van de problemen is het huidige magnetische veld, - zegt de keeper van de ohm Yuri Semenov. - Het is niet eenvoudig om de microstructuren eruit te halen. Maar we moeten nano-hoeveelheden meten.
… En zo - oh Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Midden in het laboratorium van Volt staat een stenen tafel. Maar dit is niet alleen een meubelstuk: het is … het hoogtepunt van een drie verdiepingen tellende fundering van 750 ton van een apart gebouw in het gebouw. De betonnen "thermoskan" is onafhankelijk van de buitenmuren. Per slot van rekening mag niet de minste trilling - van de drukke Moskovsky Prospekt, van het nabijgelegen metrostation Tekhnologichesky Institut, van de trams die op Zagorodnoye rijden - het heilige der heiligen niet bereiken, tot een kilo.
"DENKEN" EN "OUD WORDEN"
Als de normen van de zes basismeeteenheden gebaseerd zijn op fysische constanten en niet afhankelijk zijn van "ijzer", dan is de kilogram de laatste artefactnorm. Dat is, hoewel perfect, maar een object.
Geen doppen en trechters kunnen metaal redden van “ afvallen ” Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
"De wereldstandaard voor de kilogram is het gewicht dat wordt opgeslagen in Sèvres bij Parijs", legt Gogolinsky uit. - Er zijn kopieën van in alle metrologische instituten van de wereld. De situatie is als volgt: als je in Frankrijk de primaire kilo steelt, dan verliest de hele wereld een kilo.
De belangrijkste Russische kilo (en zijn reserve tweelingbroer) is 125 jaar oud. Het is een gewicht gemaakt van een legering van platina en iridium met een hoogte en diameter van 39 millimeter. Een kilo wordt onder een luchtdichte dop opgeslagen in een kluis achter drie sloten in een aparte bunker in een laboratorium met een bepaalde luchtvochtigheid en temperatuur, dat zich in het "thermos" gebouw bevindt.
De perfecte kilogram uitgedrukt in termen van constanten is de droom van een metroloog Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- We halen de standaard om de vijf jaar uit om te vergelijken met kopieën, - zegt de bewaarder van de kilogram Viktor Snegov. - De laatste keer dat ze werden vergeleken met de Parijse norm was in 1993 en in 2013.
Maar zelfs in dergelijke omstandigheden is de Russische kilo "afgevallen". Tot nu toe één microgram met een meetfout van drie microgram. Maar zijn Franse stamvader is in de loop van de tijd vijftig microgram lichter geworden. De reden, suggereren wetenschappers, is de beweging van atomen en de microtransfer van metaaldeeltjes naar de dragers tijdens vergelijkingen.
Een kluis openen met een kilo is een plechtige en moeizame procedure. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
De vorige wereldstandaard voor de kilogram was veel minder betrouwbaar en handig: het was een kubieke decimeter gedestilleerd water. De standaard van massa was onwillekeurig afhankelijk van de standaard van lengte. Nu zijn er vacuümcomparatoren - ultramoderne weegschalen die een object kunnen tellen op basis van atomen.
Comparator - schalen die atomen kunnen tellen Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
“Binnen de foutmarge is onze huidige kilo niet veranderd, maar de eisen worden groter”, zegt Kirill Gogolinsky. - Er is niet alleen een probleem met de nauwkeurigheid, maar ook met de bewaring en reproductie van de kilogram als zodanig.
43 NUL
De zich ontwikkelende economie en industrie vereisen een toename van het aantal decimalen.
"De herdefiniëring had allang moeten gebeuren: precisie-industrieën, zoals farmacologie, ontwikkelen zich actief", merkt Alexey Abramov op. - Maar de bijdrage van metrologie aan de economie is één procent van het bbp.
De standaard voor reservemassa is ook 125 jaar oud. Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
De wereldgemeenschap is van plan in 2018 over te gaan van door mensen gemaakte normen naar absoluut nauwkeurige kwantumwaarden.
"Er zijn twee internationale projecten gewijd aan de nieuwe standaard van de kilogram", legt Viktor Snegov uit. - De eerste is de bepaling van de kilogram door de constante van Planck met behulp van de zogenaamde watt-schalen, die mechanische en elektrische energie vergelijken. De tweede is het pad van de constante Avogadro en de siliciumbol.
Een bol van een kilo siliciumisotoop 28 kan voor hetzelfde gewicht worden aangezien. Maar er is één belangrijk verschil: wetenschappers weten hoeveel atomen er in deze bal zitten. Het is vreselijk om te zeggen dat er ongeveer vijftig septillion stuks zijn (na vijf - 43 nul). Als de mensheid van een gewicht naar een bol gaat, dan zal de vraag wat een kilogram is beantwoord worden: "Dit is de massa van zoveel silicium-28 atomen." Comparators zullen helpen om nieuwe standaarden te reproduceren. En geen veroudering van het metaal, geen afwijkingen.
De belangrijkste kilo Rusland heeft veel “ nakomelingen ” gemaakt van staal Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Silicium is een zeer stabiel element: het vervalt na miljarden jaren, de oxidatielaag is minimaal, - leggen de wetenschappers uit. “Het heeft een heldere kristalstructuur, dus bij het slijpen kan in alle richtingen hetzelfde aantal atomen in diameter worden bereikt. De bal heeft de meest optimale vorm.
Er zijn nu ongeveer honderd van dergelijke sferen in de wereld. De eerste twee kosten twee miljoen euro: alleen het polijsten van het zuiverste silicium van Russische makelij, dat plaatsvond in Australië, duurde twee jaar.
MOMENTEEL:
Een technopark zal verschijnen in Lomonosov, waar nieuwe standaarden zullen worden gecreëerd
In de strijd voor onafhankelijkheid van importen "dringt" Rusland aan op metrologie. Een technopark zal verschijnen op basis van het Mendeleev Research Institute in Lomonosov, waar ze nieuwe standaarden zullen creëren en automatische meetsystemen zullen ontwikkelen.
"Het Technopark zal Russische ontwikkelaars en fabrikanten van meetapparatuur en de competentie van Rosstandart verenigen", zegt Andrey Khovanskiy, hoofd van de afdeling investeringsprojecten bij VNIIM, genoemd naar Mendelejev. - We plannen een volledige uitsluiting van invoer. Is dat nu 89 procent, dan zijn dat er in 2020 zeker vijftig.
VNIIM genoemd naar Mendeleev / kp.ru
Het technopark zal in 2022 volledig operationeel zijn. Nu staan er op het 35,5 hectare grote terrein achttien gebouwen, waaronder unieke gebouwen: geluidsarme gebouwen, ondergrondse laboratoria. Toegegeven, ze hebben reparatie nodig. Tijdens de eerste fase verschijnen op de site vijf bedrijfsgebouwen, een logistiek complex, een kantoorgebouw en drie woongebouwen voor niet-ingezeten specialisten.
Het ontwerp duurt een jaar, de reparatie en de bouw er nog twee. Alles heeft 9,1 miljard roebel nodig.
VNIIM genoemd naar Mendeleev / kp.ru
Allereerst zal het technopark zich bezighouden met geautomatiseerde meetsystemen op het gebied van ecologie. De plannen omvatten ook elektrochemische metingen voor de geneeskunde, metrologie van "slimme" cyberfysische systemen, metrologie van het gas- en petrochemisch complex. En tegelijkertijd - de ontwikkeling van de referentiebasis. Bovendien doen bewoners dit alleen op hun eigen apparatuur.
"We bespreken een pakket fiscale stimuleringsmaatregelen voor technoparken", zegt Maxim Meiksin, voorzitter van het St. Petersburg Comité voor Industrie en Innovatie. - Het maken van meetapparatuur en alles wat daarmee samenhangt, wordt opgenomen in de lijst van activiteiten waarvoor belastingtarieven op nul worden gezet.
Een tiental organisaties zijn al klaar om in het technopark aan de slag te gaan. Smolny gelooft dat het Lomonosov Technopark een "serieus doorbraakproject" zal worden.
Anna POSLYANOVA