Введення в дію нового визначення кілограма

4.5.1 Умови введення

Згідно з Рекомендацією G1, для перевизначення одиниці маси необхідно виконання наступних умов (рис. 3.7):

- як мінімум у трьох незалежних експериментах (ват-ваги, Авогадро) повинно буто досягнуто відносної стандартної невизначеності u ≤ 5·10^-8 для h та N_A (і як мінімум в одному u ≤ 2·10^-8) з довірчим інтервалом 95 %;

- результати, які буде отримано для h та N_A, повинні бути несуперечними на рівні 95 % довірчого інтервалу;

- кінцеве значення відносної стандартної невизначеності реалізації кілограма повинне становити u ≤ 2·10^-8 ;

- повинна бути підтверджена простежуваність прототипів ВІРМ та всіх еталонів, які беруть участь в експериментах ват-вагів та Авогадро до ІРК
(рис. 3.7);

- необхідно закінчити підготовку mise en pratique.

Примітка:

Mise en pratique для визначення одиниць – це набір інструкцій, які дозволяють визначити реалізацію одиниці на практиці з найвищим рівнем. Mise en pratique повинна описувати первинну реалізацію, що ґрунтується на первинних методах найвищого рівня.

Рис. 5.7 – Незалежні експерименти з визначення кілограма

CCM також рекомендує, щоб «набір еталонів маси» було встановлено у BIPM для сприяння поширенню перевизначеного кілограма.

Немає сумнівів, що перевизначення кілограма є бажаним із точки зору фундаментальної фізики і метрології.

Глибоке вивчення реалізації, ланцюгів простежуваності та невизначеності для перевизначеного кілограма показує, що:

- якщо всіх рекомендацій CCM дотримано, то ніяких суттєвих змін у калібрувальному ланцюзі еталонів маси не буде, враховуючи високоточні еталони маси і гир класу Е1;

-

. Розглянемо її коротко.

4.5.2 Розповсюдження кілограма

Процедура розповсюдження кілограма до і після перевизначення ілюструється рис 3.9.

За рішенням 24-ої CGPM (2011 р.) у BIPM створюється «банк вихідних еталонів» з еталонів ВІРМ і еталонів NMI .

До цієї сукупності входять 12 вихідних еталонів ВІРМ + пакети з чотирьох гир, усього 4 пакети:

- пакет 1: 4 платино-ірідієвих циліндри по 1 кг;

- пакет 2: 4 циліндри із неіржавкої сталі по 1 кг;

- пакет 3: 4 сфери з природного кремнію по 1 кг;

- пакет 4: 1 платино-іридієва гиря + 1 кремнієва гиря + 2 гирі з неіржавкої сталі, кожна гиря масою 1 кг, але з різним об’ємом.

Рис. 5.9 – Огляд розповсюдження кілограма

Процедура дослідження різних еталонів маси включає:

1) порівняння стабільної маси еталонів із різних матеріалів;

2) вимірювання маси в різних середовищах зберігання:

- газоподібному аргоні;

- газоподібному азоті;

- вакуумі;

- повітрі;

3) порівняння стабільності маси за різних умов зберігання:

- сфера з природного кремнію;

- платино-іридієвий пакет.

У ВІРМ для цього створено спеціально обладнану лабораторію, яка містить генератори азоту, балони з аргоном, аналізатори кисню, вологості, вуглецю, хроматограф, а також контейнери для зберігання еталонів маси (рис. 3.10).

Контейнери забезпечують постійний потік газу, обладнані клапанами і перепускними патрубками, системами контролю чистоти газів і параметрів середовища, мають можливість працювати в автономному і ручному режимах.

На сьогодні час все устаткування вже повністю введено в експлуатацію і відпрацьовуються численні експерименти для всебічного дослідження сукупності еталонів, усіх складових невизначеності та впливових чинників.

Використання великої кількості різних еталонів маси, зважування в різних газах і вакуумі – все це забезпечує найвищу достовірність і надійність досліджень, хоч і створює певні труднощі під час реалізації експериментів (рис. 3.10).

Наведені дані показують, наскільки складними і дорогими є процедури з введення нового визначення кілограма, розповсюдження еталонів, що простежуються до нового визначення, і, врешті, забезпечення єдності вимірювання маси у світі на необхідному рівні.

Рис. 5.10 – Переваги та труднощі комбінованого комплекту артефактів, які підтримуються ВІРМ та НМІ за допомогою первинних реалізацій