Российские ученые создали улучшенный прототип весов Киббла
В 1875 году появилась истинно международная система мер и весов: 17 государств подписали Метрическую конвенцию, и тогда же были созданы эталоны для каждой страны-участницы, в том числе эталоны килограмма. Спустя столетие выяснилось, что копии изменились на ±50 микрограммов: сказались диффузии и испарения вещества, загрязнения в моменты, когда эталоны извлекались из вакуума.
Еще до обнаружения «неэталонности» эталонов из-за возросших требований к точности измерений метрологи стали переходить от физических воплощений (артефактов) мер и весов к их выражению через квантовые законы и фундаментальные физические константы. В случае килограмма способен помочь сложный электромеханический прибор — весы Киббла. В чрезвычайно упрощенном виде его можно представить как проволоку, внесенную в магнитное поле магнитной системы устройства и по которой пропускают ток, при этом на ней висит груз. В таком случае выполняется закон Ампера, устанавливающий однозначную связь между массой и электрической мощностью. Проблема в том, что как только на катушку с проволокой подают электрический ток, меняется само магнитное поле, и эксперимент по точному взвешиванию оказывается недостаточно правильным.
Разработкой и усовершенствованием весов Киббла, помимо России, занимаются Великобритания, США, Канада, Франция, Италия, Швейцария, Турция, Китай, Южная Корея. В своей новой работе исследователи Уральского федерального университета с коллегами из Уральского научно-исследовательского института метрологии — филиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» улучшили принятое во всем мире устройство магнитной системы весов Киббла. Изначально она включает в себя два постоянных магнита, выполненных из металлических порошков, а остальная часть состоит из магнитомягких материалов (катушка изготавливается из немагнитного материала, чтобы без приложения тока магнитное поле магнитной системы воздействовало на нее как можно меньше). В своем прототипе исследователи расположили постоянные магниты гораздо ближе к воздушному зазору магнитной системы. Это снизило зависимость магнитного поля от силы электрического тока, пропускаемого через проволоку.
Для сканирования магнитного поля в системе ученые изготовили специальную измерительную установку и проводили измерения в течение двух месяцев по 10-12 часов в сутки.
«Благодаря этому сейчас мы четко знаем сильные стороны созданных систем и их недостатки, то, насколько механически точно можно в наших условиях воспроизвести магнитную систему для российского варианта весов Киббла. Испытания системы на макетах весов Киббла в петербургском ВНИИМ показали, что мы движемся в верном направлении», — подводит итог старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Алексей Волегов.
Следующий этап работ будет посвящен улучшению однородности магнитного поля и усовершенствованию измерительной системы.
