Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Implementing the new kelvin

Alle Temperaturmessungen weltweit gehen zur Zeit auf die international festgelegte Temperaturskala ITS-90 sowie für Temperaturen unter 1 K (~ -272 °C) auf die Vorläufige Tieftemperaturskala PLTS-2000 zurück. Diese Temperaturskalen basieren auf Fixpunkten wie dem Tripelpunkt von Wasser, deren Temperaturen zuvor mittels primärer Thermometrie bestimmt wurden.Die Kelvin-Skala bezieht sich dagegen auf den absoluten Nullpunkt, d. h. die tiefstmögliche theoretisch erreichbare Temperatur. Sie stellt eine Verhältnisskala dar und gibt die thermodynamische Temperatur an, auch als absolute Temperatur bezeichnet.Technischer Fortschritt in der Temperaturmetrologie wie auch die anstehende Neudefinition der Einheit Kelvin über die Boltzmann-Konstante bieten die Chance, die Art der Temperaturmessung grundsätzlich zu ändern, damit sie einerseits den modernen Anforderungen genügt und andererseits eine Kontinuität der Temperaturskala in mittleren Temperaturbereichen gewährleistet ist.

Im Rahmen des Projektes soll die primäre Thermometrie im Bereich von 0,0009 K und 3000 K, d. h. über sechs Größenordnungen, verbessert werden. Basierend unter anderem auf radiometrischen Verfahren sollen die definierten Skalen für Temperaturen über 1000 K und unter 1 K ersetzt werden. Für den dazwischen liegenden Temperaturbereich von -272 °C und 1000 °C soll die Unsicherheit der Temperaturskaladeutlich reduziert werden, indem Ergebnisse verschiedener Thermometrieexperiemente zusammengeführt und verglichen werden. Die Arbeiten im Projekt werden dazu beitragen, dass die Temperaturskala ITS-90 längerfristig beibehalten werden kann, nachdem sie seit 1927 regelmäßig modifiziert werden musste, um den Anforderungen technischer Entwicklungen zu genügen. Die neu entwickelten Messmethoden werden die direkte Erfassung der thermodynamischen Temperatur in extremen Temperaturbereichen ermöglichen. Dies ist einerseits für die Tieftemperaturindustrie insbesondere die Quanteninformationsverarbeitung und andererseits für die Hochtemperaturindustrie wie die Stahl- und Glasproduktion oder die Herstellung von Kohlefaser-Verbundstoffen von Bedeutung.

Die PTB leitet das Arbeitspaket, das sich mit primärer Thermometrie für niedrige Temperaturen befasst. Angestrebt werden Unsicherheiten in der Temperaturmessung in diesem Bereich von besser als 1 %. Desweiteren sollen Diskrepanzen in den Daten, die für die PLTS-2000 genommen wurden, geklärt werden. Hierfür werden verschiedene primäre Thermometer für den tiefen Temperaturbereich wie Rauschthermometer, Magnetfeldfluktuationsthermometer und Cloulomb-Blockade-Thermometer mit geringen Messunsicherheiten entwickelt werden. Die Arbeitsgruppe 7.44 der PTB realisiert als einzige weltweit die Tieftemperaturskala PLTS-2000 im gesamten Definitionsbereich von 0,9 mK bis 1 K mit den geringsten Unsicherheiten und gibt sie an nationale und internationale Kunden über die Kalibrierung von Thermometern und supraleitenden Referenzpunktproben weiter.

Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:

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Ansprechpartner

Dr. Jost Engert
Tel.: 030 3481 7226
E-Mail: jost.engert@ptb.de