16:10 2022-05-19
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Lucrurile mici fac o mare diferență în știința măsurării
_ Lucrurile mici fac o mare diferență în știința măsurării
Oamenii de știință trebuie să facă măsurători din ce în ce mai sofisticate pe măsură ce tehnologia se micșorează la scară nanometrică și ne confruntăm cu provocări globale din cauza efectelor schimbărilor climatice.
Pe măsură ce industria lucrează din ce în ce mai mult la scara nanometrică (un nanometru este o miliardime dintr-un metru), este nevoie de a măsura mai fiabil și mai precis lucruri pe care abia le putem vedea. Acest lucru necesită metrologia, știința măsurării.
Metrologia la scară nano este utilă în viața de zi cu zi, de exemplu pentru măsurarea dozelor de medicamente sau în dezvoltarea de cipuri de computer pentru dispozitivele noastre digitale.
„Metrologia este necesară oriunde faceți măsurători sau dacă doriți să comparați măsurători”, a spus Virpi Korpelainen, om de știință senior la Centrul de Cercetare Tehnică din Finlanda și Institutul Național de Metrologie din Espoo, Finlanda.
Din moment ce cele mai vechi civilizații, măsurătorile standardizate și consecvente au fost întotdeauna cruciale pentru buna funcționare a societății. În antichitate, se foloseau mărimi fizice, cum ar fi măsurarea corpului.
Una dintre cele mai vechi unități cunoscute a fost cotul, care avea aproximativ lungimea antebrațului. Romanii foloseau degetele și picioarele în sistemele lor de măsurare, în timp ce povestea spune că Henric I al Angliei (circa 1068-1135) a încercat să standardizeze o iardă ca distanță de la nasul său la degetul mare.
Unități standard< /p>
Standardizarea necesită definiții precise și măsurători consecvente. Pentru o mai mare acuratețe, în anii 1790, comisia guvernamentală franceză a standardizat contorul ca unitate de bază a distanței. Acest lucru a pus Europa pe calea către sistemul internațional standardizat de unități de bază (SI), care a evoluat de atunci.
Din 2018, unele definiții cheie ale unităților de măsură au fost redefinite. Kilo-ul, amperul, kelvinul și alunița se bazează acum pe constante fundamentale din natură, în loc de modele fizice. Acest lucru se datorează faptului că de-a lungul timpului, modelele fizice se schimbă, așa cum sa întâmplat cu modelul kilogramului, care a pierdut o cantitate mică de masă la peste 100 de ani după ce a fost creat. Cu această nouă abordare, care a fost adoptată după ani de știință atentă, definițiile nu se vor schimba.
Această evoluție este adesea condusă de știința incredibil de sofisticată, familiară doar metrologilor, cum ar fi viteza luminii într-un vid (metru), rata de dezintegrare radioactivă (timp) sau constanta Planck (kilogram), toate acestea fiind folosite pentru a calibra unități-cheie de măsură în conformitate cu SI.
„Când cumpărați un instrument de măsură. , oamenii de obicei nu se gândesc de unde vine scara”, a spus Korpelainen. Acest lucru este valabil și pentru oamenii de știință și ingineri.
Odată tărâmul cercetătorilor de știință, nanoscalele sunt din ce în ce mai importante în industrie. Nanotehnologia, cipurile de calculator și medicamentele se bazează de obicei pe măsurători foarte precise la scară foarte mică.
Chiar și cele mai avansate microscoape trebuie să fie calibrate, ceea ce înseamnă că trebuie luate măsuri pentru a standardiza măsurătorile celor foarte mici. Korpelainen și colegii din toată Europa dezvoltă microscoape de forță atomică (AFM) îmbunătățite într-un proiect în derulare numit MetExSPM.
AFM este un tip de microscop care se apropie atât de aproape de o probă, încât aproape că își poate dezvălui atomii individuali. „În industrie, oamenii au nevoie de măsurători trasabile pentru controlul calității și pentru achiziționarea de componente de la subcontractanți”, a spus Korpelainen.
Proiectul va permite microscoapelor AFM să efectueze măsurători fiabile la rezoluție la scară nanometrică prin utilizarea scanării de mare viteză. chiar și pe eșantioane relativ mari.
„Industria are nevoie de rezoluție AFM dacă vrea să măsoare distanțele dintre structuri cu adevărat mici”, a spus Korpelainen. Cercetările asupra AFM-urilor au arătat că erorile de măsurare sunt ușor de introdus la această scară și pot ajunge până la 30%.
Cererea pentru dispozitive mici, sofisticate și de înaltă performanță înseamnă că scara nanometrică crește în importanță. Ea a folosit un microscop AFM și lasere pentru a calibra cântare de precizie pentru alte microscoape.
De asemenea, a coordonat un alt proiect, 3DNano, pentru a măsura obiecte 3D la scară nanometrică care nu sunt întotdeauna perfect simetrice. Măsurătorile precise ale unor astfel de obiecte sprijină dezvoltarea de noi tehnologii în medicină, stocarea energiei și explorarea spațiului.
Fluxul de radon
Dr. Annette Röttger, fizician nuclear la PTB, institutul național de metrologie din Germania, este interesată de măsurarea radonului, un gaz radioactiv fără culoare, miros sau gust.
Radonul este natural. Acesta provine din degradarea uraniului sub pământ. În general, gazul se scurge în atmosferă și este inofensiv, dar poate atinge niveluri periculoase atunci când se acumulează în locuințe, provocând potențial îmbolnăvire rezidenților.
Dar există un alt motiv pentru care Röttger este interesat de măsurarea radonului. Ea crede că poate îmbunătăți măsurarea gazelor cu efect de seră (GES).
„Pentru metan și dioxid de carbon, puteți măsura cantitățile din atmosferă foarte precis, dar nu puteți măsura fluxul acestor gaze care vin. din pământ, în mod reprezentativ”, a spus Röttger.
Fluxul este rata de infiltrare a unui gaz. Este o măsurătoare utilă pentru a urmări cantitățile de alte GES, cum ar fi metanul, care se scurg și din pământ. Măsurătorile metanului care iese din pământ sunt variabile, astfel încât un punct va diferi de altul la câțiva pași. Fluxul de gaz radon din sol urmărește îndeaproape fluxul de metan, un GES dăunător, atât de origine naturală, cât și umană.
Când emisiile de gaz radon din sol cresc, la fel crește și nivelul de dioxid de carbon și de metan. „Radonul este mai omogen”, a spus Röttger, „și există o strânsă corelație între radon și aceste gaze cu efect de seră”. Proiectul de cercetare pentru studierea acestuia se numește traceRadon.
Radonul este măsurat prin radioactivitate, dar din cauza concentrațiilor sale scăzute este foarte dificil de măsurat. „Mai multe dispozitive nu vor funcționa deloc, așa că veți obține o valoare de citire zero, deoarece vă aflați sub limita de detectare”, a spus Röttger.
Reumidificarea zonelor umede
Măsurarea evadării radonul permite oamenilor de știință să modeleze rata emisiilor pe un peisaj. Acest lucru poate fi util pentru a măsura efectele măsurilor de atenuare a schimbărilor climatice. De exemplu, cercetările indică faptul că reumidificarea rapidă a turbării drenate stochează gaze cu efect de seră și atenuează schimbările climatice.
Dar dacă te bagi în problema de a reumezi o mlaștină mare, „Veți dori să știți dacă acest lucru a funcționat, ", a spus Röttger. „Dacă funcționează pentru aceste GES, atunci ar trebui să vedem că iese și mai puțin radon. Dacă nu, atunci nu a funcționat.”
Cu o calibrare mai precisă, proiectul va îmbunătăți măsurătorile radonului. pe zone geografice mari. Acest lucru poate fi folosit și pentru a îmbunătăți sistemele de avertizare timpurie radiologică într-o rețea europeană de monitorizare numită Platforma europeană de schimb de date radiologice (EURDEP).
„Avem o mulțime de alarme false (din cauza radonului) și s-ar putea chiar ratați o alarmă din cauza asta”, a spus Röttger. „Putem îmbunătăți această rețea, care este din ce în ce mai importantă pentru sprijinul gestionării urgențelor radiologice prin metrologie.”
Având în vedere intensitatea crizei climatice, este esențial să prezentăm date fiabile pentru factorii de decizie, a adăugat Röttger. Acest lucru va ajuta foarte mult la abordarea schimbărilor climatice, probabil cea mai mare amenințare cu care s-a confruntat omenirea de când cotul a fost folosit pentru prima dată ca măsură în Egiptul antic, acum peste 3.000 de ani.
Comentarii:
Adauga Comentariu