Околоноля. Абсолютного

04.10.2018
Околоноля. Абсолютного
Российские ученые создали акустический газовый термометр для измерения сверхнизких температур, чтобы с его помощью тестировать работоспособность наземной и космической техники
aboutspacejornal.net

Акустический газовый термометр для измерения сверхнизких температур с высокой точностью создали ученые Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) Росстандарта. Устройство предназначено для воспроизведения и передачи термодинамической температуры в диапазоне от 4,2 К до 293,16 К, сообщает пресс-служба института. С его помощью будет обеспечиваться единство измерений температуры средствами, в том числе предназначенными для тестирования работоспособности наземной и космической техники, рассказал генеральный директор ВНИИФТРИ Сергей Донченко.

«Применение акустического газового термометра особенно важно в области измерения низких температур. Например, планируется полет российской космической техники к Луне, где температура составляет минус 150–270 градусов Цельсия, но как понять, будет ли она работать при такой температуре? Ее проверят в специальных камерах. Но кто подтвердит, что во время испытаний в них создается нужная температура? Теперь, после создания учеными нашего института нового термометра, сопоставимого по характеристикам с лучшими зарубежными образцами, можно с высокой точностью определить фактическую температуру», — отметил ученый.

По словам Сергея Донченко, новый термометр полезен не только для космической аппаратуры, но и для исследования техники, применяемой в Арктике.

Акустический газовый термометр предназначен для определения с высокой точностью термодинамической температуры по скорости звука в газообразном гелии. Эта установка впервые была представлена на 14-м Московском международном форуме «Точные измерения — основа качества и безопасности» как новый шаг в обеспечении точности измерений температуры. Акустический газовый термометр — уникальная аппаратура, которой в настоящее время обладают только США, Франция, Англия и Италия.

«В рамках данной работы ВНИИФТРИ планирует ввести акустический газовый термометр в состав государственного первичного эталона температуры ГЭТ 35-2010 и участвовать в международных ключевых сличениях. На базе акустического газового термометра будут организованы разработка и производство новых эталонов температуры для поверки и калибровки платиновых и железо-родиевых термометров сопротивления нулевого разряда, а также эталонов-копий для нужд метрологических организаций», — подчеркнул гендиректор ВНИИФТРИ.

Ведущие лаборатории мира постоянно совершенствуют методы измерения основных единиц. И поэтому раз в четыре года в Париже проводится международная конференция по важнейшим вопросам распространения и усовершенствования метрической системы мер. В ней принимают участие и представители ВНИИФТРИ Росстандарта.

«Сегодня все метрологи мира ожидают важное историческое событие, которое состоится в ноябре 2018 года в Париже, — рассказал “Стимулу” Сергей Донченко. — Это генеральная конференция по мерам и весам (CGPM), где планируется принять решения по вопросу переопределения международных единиц измерений на основе фундаментальных физических констант, в том числе единицы измерения температуры. Известно, что большая часть основных единиц, входящих в СИ (международная система единиц), связаны между собой через фундаментальные константы. Фиксируя значения констант, уменьшение неопределенности измерений одной единицы можно распространить на другие единицы. Единица измерения температуры — кельвин — до последнего времени не была связана с другими единицами СИ через фундаментальные константы. Международная шкала МТШ-90 основана на температуре фазовых переходов чистых веществ и зависимости электрической проводимости в твердых телах от температуры. Физика конденсированного состояния вещества не позволяет связать температуру фазовых переходов веществ и описать зависимость проводимости от температуры с необходимой для практики точностью».

Как пояснил Сергей Донченко, ситуация изменилась около тридцати лет назад, когда исследователи предложили строить новую шкалу на основе законов газовой термодинамики таких газов, как аргон и гелий. К настоящему времени в ряде стран, в том числе в России, силами ученых ВНИИФТРИ удалось создать акустические газовые термометры с неопределенностью воспроизведения единицы температуры кельвина менее 0,5 мК. На термометре, разработанном ВНИИФТРИ в 2017 году, с высокой точностью измерена постоянная Больцмана. Измеренное значение находится в хорошем соответствии со значениями, полученными в других метрологических институтах. В дальнейшем значение постоянной Больцмана, зафиксированное CODATA (The Committee on Data for Science and Technology), будет определять единицу температуры как отношение единицы энергии к значению этой постоянной.

В эксклюзивном интервью «Стимулу» Сергей Донченко рассказал о еще одном направлении работы института: в лабораториях ВНИИФТРИ созданы оптические часы на холодных атомах стронция, предназначенные для наиболее точного в стране воспроизведения единицы частоты — герца, а следовательно, и единицы времени — секунды.