Эталонный быт Как выглядят и как «живут» идеальные единицы измерения

Новости науки и техники Комментариев к записи Эталонный быт Как выглядят и как «живут» идеальные единицы измерения нет

Человечество окончательно отказывается от материальных эталонов, теперь все главные единицы СИ будут привязаны к фундаментальным физическим константам. От точных измерений времени, расстояний и масс сегодня зависит множество вещей — от спутниковой навигации до правильной работы магазинных весов. А точность этих измерений зависит от эталонов — сложных устройств, которые сегодня обслуживают тысячи ученых и инженеров. Нужны ли будут они в новой «нематериальной» метрологии, разбиралась редакция N + 1.

В Россию, согласно реестру Росстандарта, хранятся 165 различных эталонов основных и производных единиц. Что же будет с ними дальше, после новой реформы?

«Система СИ будет окончательно „отвязана“ от материального мира. Килограмм, вслед за остальными единицами, будет переопределен через фундаментальную физическую константу. Но это не значит, что и метрология станет „нематериальной“. Останутся эталоны, останется необходимость их сличений, нужно будет, как и раньше, обеспечивать единство и точность измерений, технически совершенствовать оборудование, передавать единицы измерения основным потребителям — промышленности, медицине, науке. Более того, у нас прибавится работы — понадобится разрабатывать новые измерительные технологии для квантовых единиц», — сказал N + 1 руководитель ВНИИ метрологии имени Дмитрия Менделеева Антон Пронин.

В этой статье мы расскажем о том, как «живут» российские эталоны, как ученые следят за их «здоровьем» и какое будущее их ожидает.

Единица измерения времени

Единица измерения времени — секунда — с 1967 года определяется как интервал времени, соответствующий 9 192 631 770 периодов излучения между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это позволяет государствам создавать свои первичные эталоны единиц времени независимо от других государств.

Российский государственный первичный эталон единицы времени (его номер в реестре ГЭТ 1-2018) хранится во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ). Это устройство на основе фонтана атомов цезия. «Фонтан» устроен так: облако сверххолодных атомов цезия помещают в оптическую ловушку, а затем под действием лазера они «подпрыгивают» вверх. Затем лазеры выключают, облако медленно опускается, а другой лазер считывает значения.

Базовый комплекс времени и частоты

Базовый комплекс времени и частоты

Этот прибор работает не в постоянном режиме: значение частоты воспроизводится примерно каждые 150 секунд. Чтобы потребители имели доступ ко времени непрерывно, время хранят более простые устройства — водородные генераторы частоты. Но у них есть недостаток — дрейф, для компенсации которого используется рубидиевый хранитель. Все устройства комплекса работают сообща, как единый организм.

Со скоростью света

 

Национальный эталон единицы длины находится во ВНИИМ. Это комплекс, состоящий из лазера, обеспечивающего воспроизведение единицы длины, и ряда компараторов для ее передачи. Согласно современному определению, метр есть длина пути, которую проходит плоская электромагнитная волна в вакууме за интервал времени равный 1/299792458 секунды. Воспроизведение единицы длины в государственном первичном эталоне осуществляется He-Ne/I2 лазером, стабилизированным по линии насыщенного поглощения в молекулярном йоде-127. Номинальная длина волны лазерного излучения в вакууме — 633 нанометра. Такой лазер рекомендован Международным комитетом по мерам и весам в качестве эталона для воспроизведения единицы длины.

Тридцатиметровый лазерный интерференционный компаратор

Тридцатиметровый лазерный интерференционный компаратор

История метра похожа на историю килограмма. После подписания Метрической конвенции Россия получила два платино-иридиевых эталона. В 1960 году Консультативный комитет Международного бюро мер и весов принял новое определение метра, с этого времени метр стал определяться через длину волны в вакууме оранжевой линии излучения криптона. Это определение просуществовало до 1983 года, когда Консультативный комитет принял новое, действующее сегодня, определение метра.
Передача единицы длины вторичным и рабочим эталонам от источника лазерного излучения, He-Ne/I2 лазера, осуществляется с помощью установки для измерений разности частот и длин волн источников лазерного излучения и ряда интерференционных компараторов.

Так как определение метра уже реализовано через фундаментальную константу — скорость света, метрологическая конференция середины ноября 2018 года не повлияет на судьбу госэталона.

Сила света

Эталон канделы, последней из основных величин СИ, живет во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений (ВНИИОФИ). В состав госэталона входит оборудование, позволяющее воспроизводить канделу за счет измерения коэффициента преобразования интегрирующей сферы по световому потоку, формируемому высокотемпературной широкоапертурной моделью «черного тела» в определенном телесном угле.

В 1979 году 16-я Генеральная конференция мер и весов (ГКМВ) приняла новое определение единицы силы света: «кандела представляет собой силу света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 × 1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватта на стерадиан» (здесь 683 — значение максимальной световой эффективности, установленное ГКМВ). Точное значение коэффициента максимальной световой эффективности, используемое вместе с функцией, дает отношение силы света к энергетической силе света для монохроматического излучения любой длины волны.

Как и метр с секундой, кандела уже была определена через константу, и ее судьбу грядущее метрологическое обсуждение не затронет.

Источник: https://nplus1.ru/material/2018/11/15/etalon

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top