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An der Oberfläche des neuen Kilogramms

01.09.2016

Abb. 1: Instrumentierung für kombinierte Röntgenfluoreszenz- und Photoelektronenspektroskopie an Oberflächen von Silizium-Kugeln

Um unabhängig von der Maßverkörperung des in Paris aufbewahrten Urkilogramms zu werden, soll die SI-Einheit Kilogramm durch Festlegung des Zahlenwertes der Planck-Konstante neu definiert werden. In der PTB wird dafür im Rahmen des Avogadro-Projektes die Anzahl der Siliziumatome in einer ein Kilogramm schweren monokristallinen Siliziumkugel bestimmt. Dies erfordert die Bestimmung der molaren Masse, der Dichte sowie der Kristallgitterkonstante auf höchstem metrologischen Niveau.

Bei einer Kugel ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen am kleinsten. Dennoch haben auch in dieser Geometrie Oberflächeneffekte wie die sich ausbildenden Oxid- und Kontaminationsschichten  einen Einfluss auf die Masse und das Volumen und damit auf die Dichte der Kugel. Um die Oberfläche mit kleinsten Unsicherheiten charakterisieren zu können, hat die PTB eine kombinierte Röntgenfluoreszenz- und Photoelektronenspektroskopie-Instrumentierung aufgebaut. Durch die Kombination beider komplementärer Messverfahren in einer Anlage soll sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Massenbelegung an der Oberfläche der Kugel(n) bestimmt werden. Bei der Konstruktion und dem Aufbau der Instrumentierung konnte auf das im Bereich Radiometrie und Spektrometrie mit Synchrotronstrahlung in Berlin-Adlershof vorhandene Knowhow zurückgegriffen werden.

Mittlerweile wird die Anlage zur Oberflächencharakterisierung in Braunschweig in der Nähe des Massekomparators genutzt, wo die kurzen Wege auch einen leichteren Transport der Kugeln unter Vakuumbedingungen ermöglichen.

Ansprechpartner:

M. Kolbe, 7.13, E-Mail: Opens window for sending emailMichael.Kolbe(at)ptb.de