Росатом помог создать идеальный килограмм

На Генеральной конференции мер и весов в Париже в ноябре учёные утвердили новое определение килограмма и моля. Теперь они будут выражаться не через материальные эталоны и абстрактные понятия, а формулами на основе фундаментальных физических констант.

Когда нововведения вступят в силу, а именно с 20 мая 2019 года, взвешивать идеальный килограмм учёные всего мира будут на ватт-весах. Это стало возможным в том числе благодаря технологии Росатома по получению сверхчистого изотопа.

Цифровизация веса

Килограмм оставался последней мерой, которая зависела от реального объекта. С 1889 года эталоном служил небольшой цилиндр из сплава платины и иридия, который хранится в Международном бюро мер и весов. Учёные стали замечать, что вес этого предмета нестабилен. А следовательно, для проведения точных расчётов опираться на него не приходится.

Новые стандарты измерений помогут в ядерной медицине и производстве радиофармпрепаратов.

Встал вопрос о том, как получать безошибочный вес. Метрологи решили, что килограмм должен выражаться определением с квантовой формулой на основе постоянной Планка. Говоря простым языком, теперь килограммом считается количество электроэнергии, необходимой для поднятия предмета весом один килограмм.

Знай наших

Чтобы получить необходимую технологию и новый эталон, научный мир объединился в проекты «Килограмм» и «Авогадро», в которых российские учёные сыграли важнейшую роль. Для расчёта идеального веса было необходимо получить сверхчистый изотоп. Его, как оказалось, может сделать только Россия, а именно Электрохимический завод Росатома в Красноярском крае.

Используя свои технологии, российские атомщики выделили моноизотоп кремния-28, а из газа восстановили кристаллический кремний. После этого в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН получили твёрдый кремниевый поликристалл, из которого затем в берлинском Институте роста кристаллов (IKZ) выращивали монокристалл в виде идеальной сферы. Исследования доказали, что его кристаллическая решётка идеальна именно благодаря полученным в России изотопам кремния. Это позволило учёным с беспрецедентной точностью вычислить и молярную массу кремния, и число Авогадро (количество атомов в одном моле вещества). Соответственно, учёные смогли рассчитать, сколько должно быть атомов кремния, чтобы вес шара составил ровно один килограмм.

Как сообщил главный метролог Гос­корпорации «Росатом» Николай Обысов, новый способ получения килограмма — это предельно возможная на сегодняшний день точность расчётов, и она поможет всему человечеству.

ФОТО АЛЕКСАНДРА РЮМИНА/ТАСС

«Мы с вами начинаем жить в мире, который пронизывают цифровые технологии. В них точность приобретает принципиальное значение. Чтобы иметь возможность сопоставлять не только количественные, но и качественные показатели продукции, человечество разрабатывает всё новые и новые методы измерения, оценки и анализа, опираясь на всё более глубокие, фундаментальные знания», — пояснил он.

Отвязка эталона от материального объекта, по словам Обысова, скажется и на работе самого Росатома, поскольку подтверждение безопасности, надёжности, конкурентоспособности ядерных технологий основывается на измерениях. Кроме того, новые стандарты измерений крайне важны для такого направления госкорпорации, как ядерная медицина и производство радиофармпрепаратов. Расчёты доз облучения, определение локализации раковых клеток станут ещё вернее и помогут повысить качество лечения онкобольных, отметил он.

Ещё и философский прорыв

В состав российской делегации Генеральной конференции мер и весов вошли сотрудники Всероссийского НИИ метрологии им. Д.И. Менделеева - хранителя российского физического эталона килограмма (копии французского). Как рассказал «Парламентской газете» руководитель лаборатории госэталонов в области измерений массы и силы Александр Остривной, главная идея нового принципа измерения килограмма заключается в том, чтобы объединить в единую систему электрические и механические измерения, что делается впервые.

Александр Остривной:
«До сих пор не было этой связи между механической и электрической мощностью. Это наведёт порядок в головах учёных».

«До сих пор не было связи между механической и электрической мощностью. Это наведёт порядок в головах учёных, что, может быть, и есть самое важное. А то взяли кусочек металла в конце XIX века, и все называли его килограммом… Так что это ещё и философский прорыв», — заявил он.

По словам Остривного, эталон, хранящийся во Франции, обладал неизвестной нестабильностью. А благодаря новой формуле станет возможным её отслеживать. Он добавил, что если раньше российские метрологи сличали наши эталоны с французским, чтобы сохранять единство измерений, то теперь, со временем, они с этой целью будут обращаться к ватт-весам.

Взвешивать колбасу не станут точнее

Введение в научный оборот нового принципа расчёта килограмма поможет в сверхточных измерениях и скажется на развитии высоких технологий. При этом нововведения не потребуют замены гирь и обычных весов. Соответственно, при продаже товаров продавцы будут пользоваться той же техникой.

«Поправка в микрограмм пропадает на фоне рабочих средств измерений. Поэтому введение нового способа получения килограмма не означает, что теперь нам будут, скажем, точнее взвешивать колбасу», — уточнил он.

Но на уровне российского законодательства изменения, возможно, последуют. Владелец первичных эталонов единиц измерения — государство, и в его функции входит развитие этой базы в рамках Закона «Об обеспечении единства измерений». Но пока неясно, какую форму примет это развитие. Как пояснили «Парламентской газете» во ВНИИ метрологии, учёные только принялись анализировать итоги конференции. А приступить к новой системе измерений в мире договорились не сразу, а с 20 мая 2019 года, ко Всемирному дню метрологии. Именно к этому времени, очевидно, и станут известны все детали изменений в российском регулировании. Кроме того, как пояснил Остривной, для внедрения новой единицы измерения странам, в том числе и России, ещё предстоит утвердить дорожную карту по её распространению и реализации.

Новая же цель мирового сообщества метрологов — дать новое определение секунде. И в этом процессе учёные намерены также использовать атомные технологии, а именно атомные часы.