Măsurarea Lungimilor

Cercetarile si studiile care s-au efectuat în cursul anilor pentru reali¬zarea etalonului de lungime au aratat ca etalonul fundamental de lungime trebuie cautat în lungimile de unda ale radiatiilor luminoase.

A. A. Michelson a propus ca etalon radiatia rosie a cadmiului data de tranzitia 51p02 – 51D2 cu lungimea de unda 643,8 nm. Aceasta radiatie emisa de catre lampa Michelson are un profil spectral a carui semilargime este 2 * 10-6 lungimi de unda.

Desi aceasta radiatie nu este perfect simetrica, datorita structurii sale hiperfine, Congresul International de Cercetari Solare din 1905 a ales-o ca etalon martor. în anul 1906, Benoit, Fabry si Perot au efectuat masurarea precisa a lungimii de unda a acestei radiatii. Valoarea gasita în aer este »= 0,643 846 96 * 1O-10 m.

Dupa punerea la punct a separarii izotopilor, au fost propuse, pentru producerea unei radiatii etalon fara structura hiperfina, trei nuclide si anume: Cd 114 (Institut Metrologii D. I. Mendeleeva — Leningrad), Hg 198 (National Bureau of Standards — Washington) si Kr 84 sau 86 (Physikalische Technische Bundesanstalt — Braunschweig).

Din aceste motive, BDPM (Bureau International des Poids et Mesures) a întreprins studii pentru determinarea perturbatiilor nivelurilor de energie în sursele de lumina recunoscute ca fiind cele mai bune pentru producerea radiatiilor de Cd 114, Hg 198 si Kr 84, respectiv 86.

Rezultatele acestor cercetari au fost examinate de catre Comitetul consultativ pentru definirea metrului, care în 1957 a recomandat ca eta¬lonul de lungime sa fie definit prin radiatia corespunzatoare tranzitiei dintre nivelurile 2p10—5d5 ale kriptonului 86 (radiatia portocalie), deoa¬rece aceasta poate fi produsa cu un minim de perturbatii într-o lampa cu descarcare electrica cu catod incandescent.

Astfel, la 14 oct. 1960, cea de a 11-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati, considerând ca prototipul international de platina-iridiu nu defineste metrul cu o precizie suficienta pentru nevoile actuale ale metro¬logiei, a votat noua definitie a metrului în urmatoarea formulare:

„Metrul este lungimea egala cu 1.650.763,73 lungimi de unda în vid ale radiatiei corespunzatoare tranzitiei între nivelurile 2p10 si 5ds ale ato¬mului de kripton 86".

In urma acestei definitii, lungimea de unda în vid a radiatiei etalon fundamental, realizata de tranzitia 2p10 — 5d5 a Kr 86, este » = 605,780 2106 nm, iar viteza luminii în vid c = 299 792 458 ± 1 m/s.

Precizia relativa a metrului etalon, bazata pe aceasta definitie, este de 1 • 108

Conferinta generala care a adoptat noua definitie a prezentat în acelasi timp unele specificatii privind sursa de radiatie si conditiile de excitare a spectrului atomului de Kr 86. In aceste specificatii se arata ca sursa de radiatie trebuie sa fie o lampa cu descarcare electrica cu catod cald, recomandând lampa de tip Engelhard (fig. 10.1), fara însa ca aceasta sa fie obligatorie, cu conditia ca ea sa raspunda exigentelor privind structura radiatiei.

Fig. 10.1. Lampa Engelhard

Specificatiile prevad însa obligatoriu utilizarea kriptonului monoizotopic 86 cu puritatea de cel putin 99% si asigurarea unei presiuni a vaporilor de kripton de 0,03 mm Hg. De asemenea, se prevede ca temperatura peretilor capilarului lampii pe unde trece descarcarea sa fie aceea a punc¬tului triplu al azotului (63 ±0,5 K), iar densitatea de curent a descarcarii sa fie de (0,3 ± 0,1) A/cm2. Pentru a asigura un bun schimb de caldura, grosimea peretilor capilarului trebuie sa fie de circa un mili¬metru, iar diametrul interior de 2... 4mm. în timpul utilizarii lampii, radiatiile din capilar trebuie vizate în asa fel, încât razele luminoase sa vina dinspre catod spre anod. În urma noii definitii a etalonului de lungime, Comitetul consultativ pentru definitia metrului a recomandat, pentru masurari interferentiale de lungime, urmatoarele radiatii etalon secundare :

a — Radiatiile Kr69

Termeni spectrali

2p9-5d14

2p8-5d4

1S3—3p10

1S4-3ps

Lungimea de unda în vid

6 458,072 0 • 10-10 m

6 422,800 6 • 10-10 m

5 651,128 6 • 10-10 m

4 503,616 2 • 10-10 m.

Se estimeaza ca precizia relativa a lungimii de unda a acestor radiatii este de 2 • 10-8, cînd sunt generate în conformitate cu recomandarea CIPM (Comite International des Poids et Mesures).

b — Radiatiile Hg198

Termeni spectrali

61P1 - 61D2

61P1 - 63D2

63P2 - 73S1

63P1 - 73S1

Lungimea de unda în vid

5 792,268 3- 10-10 m

5 771,198 3 • 10-10 m

5 462,270 5 • 10-10 m

4 359,562 4 • 10-10 m.

Precizia relativa a acestor radiatii este de 5 •IO"8, în urmatoarele conditii de generare:

- radiatiile trebuie sa fie produse cu ajutorul unei lampi de descar¬care fara electrozi, continând mercur monoizotopic 198 de o puritate nu mai mica de 98% si argon la o presiune de 0,5.. .1,0 mm Hg;

- diametrul interior al lampii sa fie de circa 5 mm, iar radiatiile sa fie observate radial;

- lampa va fi excitata printr-un cîmp de înalta frecventa de putere medie si va fi mentinuta la o temperatura mai mica de 10°C;

- volumul lampii se recomanda sa fie mai mare de 20 cm3.