Новости института метрологии имени Д.И.Менделеева

В период с июня 2015 г. по ноябрь 2016 г. во ФГУП «ВНИИМ им.Д.И.Менделеева» в соответствии с федеральной целевой программой «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» была выполнена НИР «Проведение фундаментальных исследований в области измерений механических величин с целью обоснования технических решений по совершенствованию государственного первичного эталона единицы массы для реализации нового определения килограмма на основе фундаментальных физических констант», шифр: НИР «Масса-ФФК».

Работа была поставлена с учетом необходимости подготовки к планируемым изменениям международной системы единиц СИ и переопределению ее основных единиц путем замены основы системы – макрообъектов (свойств физических тел, веществ и материалов) на объекты микромира, проявляющие свои свойства в ФФК и физических закономерностях.

Для единицы массы – килограмма переопределение особенно актуально, поскольку действующее определение использует артефакт, для которого существуют проблемы контроля возможных изменений единицы и восстановления в случае утраты.

Новая СИ предусматривает фиксацию значений ряда ФФК, в т. ч. постоянных Планка и числа Авогадро, которые могут стать основами двух различных новых определений килограммма. По всей вероятности, после переопределения килограмма в 2018 г. на смену платино-иридиевому национальному прототипу килограмма придут кремниевые шары, откалиброванные на ватт-весах (с использованием постоянной Планка) или изготовленные и измеренные по технологиям проекта «Авогадро». В любом случае внедрение новых определений предусматривает компарирование масс в условиях вакуума при воспроизведении единицы и ее последующую передачу в условия атмосферы.

В рамках выполненной темы в лаборатории массы введен в эксплуатацию вакуумный компаратор CCL 1007, позволяющий отработать новые измерительные технологии, необходимые для внедрения новых определений килограмма. Кроме этого проведено макетирование ключевых измерительных систем, которые смогут найти применение в различных реализациях возможных новых определений килограмма:

• разработан и исследован макет лазерного интерферометра линейных перемещений, обеспечивающий диапазоны и точности, соответствующие режимам работы ватт-весов;
• разработаны макеты лазерного интерферометра и эллипсометра для измерений геометрических параметров и характеристик поверхности кремниевых сфер, которые могут стать основой аппаратуры первичного эталона, основанного на использовании числа Авогадро.

Проведенные работы уже сегодня обеспечивают повышение точности компарирования массы в несколько раз по сравнению с существующей эталонной аппаратурой и позволят РФ после введения нового определения единицы массы поддерживать единство измерений в этой области на международном уровне.