Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 10

А вот с килограммом получилось так. Отмерив однажды худо-бедно массу литра воды, метрологи тут же заказали английскому ювелиру его металлический аналог. Он и изготовил согласно данным ему инструкциям платиново-иридиевый цилиндр, о котором сказано выше.

Всего было сделано несколько десятков копий килограммового эталона. Они были распределены по одному экземпляру между странами — участницами международного соглашения.

И долгое время никто не видел особой практической надобности в изменении эталона. Хотя теоретически, конечно, хотелось бы иметь также «виртуальный» эталон килограмма, который можно было бы, подобно метру и секунде, воспроизводить с высокой точностью и без особых хлопот. А их пока хватает.

Для контрольного взвешивания того эталона, что хранится в нашей стране, например, пришлось сконструировать и построить специальные весы, которые находятся в строго контролируемом хранилище на фундаменте в 700 т, чтобы исключить по возможности влияние посторонних толчков и вибраций. Причем в помещении выдерживается температура с точностью до 0,01 °C, а процедуру взвешивания ведут дистанционно, с помощью манипуляторов. Человек с массой в 80 кг и температурой 36,6 °C способен серьезно нарушить точность показаний эталонных весов, обычно работающих с допуском плюс-минус 0,002 мг.

Кроме того, с течением времени, как уже говорилось, эталон килограмма то худеет, то полнеет. А стало быть, наблюдается некий непорядок, чего метрологи терпеть не могут. Вот и хотят избавиться от материального эталона, заменив его «виртуальным».

Специалисты международной группы исследователей из Германии, Японии, Австралии и Италии хотят сделать воплощением нового эталона килограмма определенное количество атомов специально выбранного химического элемента. Они пытаются изготовить совершенно круглый кристалл из кремния, который будет иметь массу ровно 1 кг.

Идея состоит в том, что, зная, из каких атомов состоит этот кристалл, на каких расстояниях его атомы расположены друг от друга в кристаллической решетке и каков диаметр шара, можно вычислить, сколько атомов в нем заключается. Это число и войдет в новое определение килограмма.

По словам заместителя директора ВНИИМа Ильи Борисовича Нехлюдова, подобная работа велась в СССР еще два десятка лет тому назад. «Наши специалисты провели уточнение числа Авогадро, с помощью которого можно связать между собой количество атомов и массу килограмма, но поняли, что такой эталон вряд ли будет совершеннее традиционного», — сказал он.

Сейчас технология очистки материалов, подсчета атомов продвинулась вперед. Чтобы отделить друг от друга три изотопа кремния, которые могут внести путаницу при изготовлении эталона, зарубежные специалисты обратились за помощью к российским предприятиям, ранее занимавшимся производством ядерного оружия. На них остались центрифуги, использовавшиеся для обогащения урана, отделения его атомов от примесей. Теперь те же установки будут разделять кремниевые изотопы. На российских центрифугах ученые надеются получить изотоп кремния с атомным весом 28 и с чистотой в 99,99 процента.

Первый экспериментальный кристалл уже изготовлен.

В нем кремний еще недостаточно чист. И пока на этой модели отрабатывают технологию изготовления идеального шара, а также методику проверки его формы. Проведены уже 500 тысяч измерений диаметров шара по разным сечениям, и есть уверенность, что это самая точная сфера, когда-либо изготовленная рукой человека.

Силиконовый шар настолько круглый и гладкий, что невооруженным глазом невозможно даже заметить, вращается он или нет. Только если на его поверхность сядет пылинка, становится заметно ее перемещение. Но от пыли шар предохраняет герметичный прозрачный футляр.

Другие ученые — из США, Англии, Франции и Швейцарии — полагают, что подсчет атомов в кремниевом кристалле не может дать достаточной для метрологических целей точности и кремниевый эталон не очень удобен для практического использования. Потому они работают над созданием эталона массы, основанном на измерении электрических величин. Иногда его еще называют «ваттным балансом», имея в виду «ватт» — единицу измерения электрической мощности.

Измерять энергию легче, чем считать атомы, считают сторонники ваттного эталона, и ошибка в измерении искомых величин не превысит одной десятитысячной.

Идея ваттного баланса заключается в измерении электромагнитной силы, требуемой для уравновешивания эталонного килограмма. Если напряженность гравитационного поля в месте эксперимента точно известна, массу на весах можно связать с величиной тока строго выверенным коэффициентом.

Впрочем, как для вычисления силы гравитации, так и для определения силы тока тоже требуются точные измерения и вычисления. Приходится, например, учитывать погрешности, вносимые даже Луной. Ведь она дважды в сутки вызывает приливы своим тяготением, а это приводит к изменениям местной силы тяжести.

В общем, хлопот опять-таки немало. Измерения массы электрона, например, проводят в установке величиной с трехэтажный дом.

Так что, какой именно эталон — «ваттный» или кремниевый — победит в соревновании и будет принят за основу нового килограмма, судить пока трудно. Окончательное решение должна принять специальная комиссия. Но эксперты не торопятся и примут свое решение лишь после окончания работ по обоим направлениям. А это, судя по всему, произойдет еще не скоро.

Публикацию подготовил С.НИКОЛАЕВ

Художник Ю. САРАФАНОВ

Недавно просматривал старые журналы. В «ЮТ» № 10 за 1988 г. нашел статью о том, что петербургские (тогда еще ленинградские) текстильщики разработали уникальную технологию изготовления технических тканей. С помощью обычных жаккардовых машин, на которых плетут кружева или гардины, они начали ткать… электрические схемы, коврики с электронагревом и — вообще фантастика — корпуса ракет.

С тех пор прошло пятнадцать лет. Но о широком распространении этой уникальной технологии почему-то не слышно. Продолжаются ли работы в данном направлении?

Антон САМСОНОВ,

г. Нижний Новгород

Скоро только сказки сказываются. История совершенствования простого карандаша, например, заняла около… 2000 лет. Первые серебряные и свинцовые палочки для письма появились еще в античные времена. А автоматические цанговые карандаши с тоненьким стержнем диаметром в 0,5 мм начали выпускать лишь в последней четверти XX века. Тем не менее, тканые технологии не забыты, они продолжают развиваться и совершенствоваться.