Implementing the new kelvin
Alle rückführbaren 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 bzw. Phasengleichgewichten reiner Substanzen, deren Temperaturen zuvor mittels primärer Thermometrie bestimmt wurden. Technischer Fortschritt in der Temperaturmetrologie sowie die anstehende Neudefinition der Einheit Kelvin über die Boltzmann-Konstante bieten die Chance, die Praxis der Temperaturmessung grundsätzlich zu ändern, damit sie einerseits den gestiegenen Anforderungen genügt und andererseits eine Kontinuität der Temperaturskalen gewährleistet ist.
Im Rahmen des Projektes soll die primäre Thermometrie im Bereich von 0,0009 K bis 3000 K, d. h. über sechs Größenordnungen, verbessert werden, so dass die definierten Skalen für Temperaturen über 1300 K und unter 1 K durch direkte thermodynamische Temperaturmessungen ergänzt werden können. Für den dazwischen liegenden Temperaturbereich von -272 °C bis 1000 °C soll die Abweichung der ITS-90 von den wahren thermodynamischen Werten deutlich genauer bestimmt werden, indem Ergebnisse verschiedener Experimente zusammengeführt und verglichen werden. Die Arbeiten im Projekt werden dazu beitragen, dass die Temperaturskala ITS-90 langfristig beibehalten werden kann, nachdem ihre Vorgänger seit 1927 regelmäßig modifiziert werden mussten, um den Anforderungen technischer Entwicklungen zu genügen. Nach der Neudefinition des Kelvin werden die hier entwickelten Messmethoden eine direkte Messung der wahren, thermodynamischen Temperatur in extremen Temperaturbereichen ermöglichen. Dies ist einerseits für die Tieftemperaturtechnologie, 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 Aufstellung der PLTS-2000 benutzt wurden, geklärt werden. Hierfür werden verschiedene primäre Thermometer für den tiefen Temperaturbereich wie Stromrausch-Thermometer, Magnetfeldfluktuations-Thermometer und Cloulomb-Blockade-Thermometer mit geringen Messunsicherheiten entwickelt und mit der Referenz PLTS-2000 verglichen. Die 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 Referenzproben weiter.
Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:
Ansprechpartner
Dr. Jost Engert
Tel. 030 3481 7226
E-Mail: jost.engert@ptb.de