Российский эталон "электрического килограмма" появится к 2028 году

Первые отечественные ватт-весы для воспроизведения эталона "электрического килограмма" планируется сконструировать к 2028 году. О завершении первого этапа работ по созданию прототипа устройства сообщили во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии имени Д.И. Менделеева.

"Сейчас мы можем сказать, что первый этап работ - определение методов, подходов, научно-исследовательская разработка прототипа - завершен. Мы изготовили и исследовали макеты электромагнитной, электроизмерительной и составной части механической системы весов. Теперь наша задача - выйти на опытно-конструкторский этап с необходимым финансированием, укреплением консорциума участников проекта, в который сейчас входят другие институты Росстандарта, академии наук и вузы. Уже сейчас плотно сотрудничаем с коллегами из Уральского федерального университета. Если все сложится благополучно, то через шесть лет, к 2028 году, мы получим отечественный эталон "электрического килограмма", - рассказал руководитель отдела эталонов в областях измерений параметров движения, крутящего момента силы и гравиметрии ВНИИМ Александр Янковский.

Создание прототипа российских ватт-весов было инициировано специалистами института в связи с общим переходом к новому определению килограмма - через фундаментальные физические константы. Это решение было принято в 2018 году на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам потому, что прежние рукотворные эталоны килограмма (платино-иридиевые цилиндры, отлитые в XIX веке для стран - подписантов Метрической конвенции), несмотря на прочность и химическую устойчивость материалов, со временем изменяются в массе. Сегодня расхождения между национальными копиями главного эталона, хранящегося во Франции, составляют от 20 до 50 мкг, что в перспективе создает угрозу глобального технического кризиса.

Ватт-весы (или весы Киббла) - устройство, которое позволяет воспроизвести эталон массы без привязки к материальному артефакту: гравитационная сила в них уравновешивается электромагнитной, а в расчетах ученые опираются на фиксированное значение постоянной Планка. Конструкции ватт-весов, которые разрабатываются в мире (готовые установки есть всего у нескольких стран: США, Швейцарии, Великобритании, Канады, Германии и Китая), имеют разные принципы реализации. Российские ученые выбрали конструкцию на основе весовой ячейки. "Это высокотехнологичный элемент современных весов, сложный в изготовлении, но он позволит минимизировать влияние внешних факторов на итоговый результат измерений", - отмечает Александр Янковский.

Испытания систем для замера атмосферных выбросов

Помимо работ в области фундаментальной метрологии ученые ВНИИМа занимаются прикладными исследованиями. Недавно они завершили создание газосмесительно-аналитического стенда - комплекса, который позволяет испытывать автоматические измерительные системы (АИС) для контроля промышленных выбросов в атмосферу. Согласно федеральному закону "Об охране окружающей среды" к 2027 году такое оборудование должно появиться на всех предприятиях, которые являются источниками выбросов 1-й категории (оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду).

"На аналитическом стенде мы с помощью набора газосмесительного оборудования получаем газовые среды с различными профилями выбросов (газовый состав, влажность, температура, давление), которые имитируют реальные выбросы на разных типах объектов. А далее проводятся измерения, и мы сличаем показания испытываемой АИС и нашей эталонной системы", - рассказал ТАСС инженер отдела государственных эталонов в области физико-химических исследований ВНИИМ Кирилл Заречнов.

Работа над созданием стенда велась с 2017 года. Пока испытательная установка является единственной в России, но правительство уже утвердило дорожную карту, по которой планируется создать еще пять аналогичных стендов для размещения в регионах.

"Потребность в таком оборудовании для испытаний возрастает. Сейчас на автоматические измерительные системы перешли уже около 50 объектов в сферах теплоэнергетики, цветной и черной металлургии, производства цемента и других. За редким исключением это системы нетиповые, то есть проектируются под конкретного заказчика. И все они прошли - или проходят испытания в данный момент - здесь. Создание дополнительных площадок позволит этот поток распределить", - объясняет Кирилл Заречнов.

Метрологи - онкологам

Еще одна разработка петербургского института - модернизированный специальный первичный эталон ГЭТ-73. Он воспроизводит единицу поглощенной дозы рентгеновского излучения низких энергий и предназначен для калибровки и поверки дозиметров, которые используются при лечении онкопациентов, в частности, методом брахитерапии - когда источники на основе радионуклидов (например, йода-125) помещаются в место расположения опухоли или близко к нему.

"Высокое качество и безопасность лечения могут быть обеспечены только при точном определении отпускаемых пациентам доз. Поэтому дозиметры, которые применяются в клиниках, должны регулярно проходить поверку или калибровку, то есть должна быть обеспечена прослеживаемость измерений к эталонным значениям", - объяснила ученый-хранитель эталона Анна Виллевальде.

Работы над усовершенствованием ГЭТ-73 велись с 2019 по 2021 год. Сегодня этот первичный эталон также существует в единственном экземпляре. Подразумевается, что в дальнейшем его можно будет применять для калибровки и поверки вторичных эталонов, которые разместятся в региональных исследовательских и лабораторных центрах, а также на производствах радионуклидных источников для брахитерапии. Пока такие вторичные установки не создаются, поскольку в России, по словам Виллевальде, крайне мало организаций, заточенных на соответствующие технологии - так что все заявки на калибровку и поверку измерительных приборов покрываются возможностями самого ВНИИМа и его первичного эталона.

Источник: ТАСС