Формула килограмма

Килограмм больше не материален. Точнее, больше не материален его эталон. Слиток из сплава платины и иридия, который хранится во Франции, со следующего года станет лишь музейным образцом. Единицу измерения массы, согласно решению Генеральной конференции по мерам и весам, будут определять через физическую константу — постоянную Планка. И «Росатом» принял участие в этой научной революции.

Текст: Константин Кобяков / Иллюстрация: Екатерина Шембель

Когда искали новые, более точные способы определения килограмма, одним из вариантов стал расчет единицы измерения массы через число Авогадро — количество атомов или молекул в одном моле вещества. Это постоянная, которая не меняется ни при каких условиях ни на Земле, ни где-либо еще во Вселенной.

Для исследований понадобился моноизотоп кремний‑28. Международные эксперты, рассмотрев технологические возможности различных государств, пришли к выводу, что кремний‑28 необходимой сверхчистоты может произвести только Россия. А именно Электрохимический завод, принадлежащий топливной компании «Росатома». В проекте на начальной стадии участвовали и специалисты «Центротеха-СПб».

За 17 лет работы в международных проектах «Авогадро», «Килограмм‑1», «Килограмм‑2», «Килограмм‑3» российские предприятия атомной отрасли смогли получить изотоп кремний‑28 уникальной чистоты, превышающей 99,9999 %. «Это показатель сверхвысоких технологий, которыми обладает «Росатом». На данный момент аналогичных возможностей в мире нет ни у кого», — ​говорит главный метролог «Росатома» Николай Обысов.

Сверхчистый изотоп кремний‑28 ученые из международной коллаборации во главе с германским Федеральным физико-техническим институтом мер и весов (РТВ) использовали, чтобы уточнить фундаментальные физические константы — определить число Авогадро с погрешностью не более 2×10^–8.

Газообразный тетрафторид кремния, обогащенный на центрифугах ЭХЗ по кремнию‑28, поставляли в нижегородский Институт химии высокочистых веществ им. Девятых РАН, где из него получали кремниевый поликристалл. Затем поликристалл доставляли в берлинский Институт выращивания кристаллов (IKZ). Немецкие специалисты выращивали из него монокристалл в виде идеальной сферы с шероховатостью не более 30 нм. Благодаря абсолютной чистоте российского изотопа кремния эти сферы обладали идеальной кристаллической решеткой. Такая молекулярная структура позволила ученым с беспрецедентной точностью вычислить и молярную массу кремния, и число Авогадро.

Впрочем, на генеральной конференции в Версале было принято решение рассчитывать значение килограмма на основе постоянной Планка. А выполненная на предприятиях «Росатома» работа помогла определить оптимальный способ расчета эталона килограмма.

Теперь, когда значение килограмма можно рассчитать без привязки к материальному эталону, надежные и точные измерения будут возможны не только на земле, но и в космосе. Нематериальный эталон позволит точнее калибровать средства измерения. Для «Росатома» использование наиболее точных средств измерения, основанных на последних достижениях метрологии, не менее важно, говорит Николай Обысов. Они нужны в ядерной медицине, производстве изотопов, в трехмерной печати.