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Einheitliche Tieftemperaturskala verabschiedet

Nach ihrer Verabschiedung durch das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) steht mit der PLTS-2000 erstmals eine einheitliche internationale Tieftemperaturskala für den Millikelvinbereich zur Verfügung. Die Skala nutzt den Schmelzdruck des Helium-3 zur Temperaturbestimmung und beruht wesentlich auch auf Arbeiten der PTB.

Kryostateinsatz der PTB zur Erzeugung tiefster Temperaturen. Die Kernentmagnetisierungsstufe am unteren Ende besteht aus etwa 2 kg hochreinem Kupfer (magnetische Induktion beim Start 8 T, Endtemperatur 65 µK bzw. 300 µK im Langzeitbetrieb).

Die Internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) ermöglichte auf der Basis von Temperaturfixpunkten einheitliche Temperaturmessungen mit Standardthermometern und -interpolationsverfahren bisher nur im Bereich oberhalb ihres Endpunkts von 0,65 K. Im Bereich tieferer Temperaturen gab es dagegen keine verbindliche Festlegung, vielmehr waren mehrere Skalen in Gebrauch, die sich insbesondere im Bereich unterhalb von 6 mK unterscheiden. Diese unbefriedigende Situation ist durch Verabschiedung einer Tieftemperaturskala für den Bereich von 0,9 mK bis 1 K nun bereinigt.

Die Tieftemperaturskala basiert auf der Messung der Schmelzdruckkurve von 3He. Dazu legt die neue Skala den Zusammenhang von Schmelzdruck p und Temperatur T durch ein Polynom p(T) fest.

Bei der Festlegung wurden Messungen mit materialunabhängigen Primärthermometern (Rausch- und Kernorientierungsthermometer) berücksichtigt, die im US-amerikanischen Metrologieinstitut NIST, an der Universität Florida und in der PTB (s. PTBnews 97.1) in unterschiedlichen Temperaturbereichen durchgeführt worden waren. Im Bereich oberhalb von etwa 0,3 K ist die neue Skala mit der PTB-Skala identisch. Im unteren Messbereich, wo die verschiedenen gemessenen Werte noch nicht perfekt übereinstimmen, wurde eine Mittelung vorgenommen, um Abweichungen von der idealen thermodynamischen Temperaturskala, die außerordentlich schwierig zu realisieren ist, möglichst gering zu halten. Deshalb trägt die neue Skala den Namen "Vorläufige Tieftemperaturskala" (Provisional Low Temperature Scale, PLTS-2000).

Die Vereinbarung und der weltweite Gebrauch einer einheitlichen Skala stellen trotz dieser verbleibenden Unsicherheit einen großen Fortschritt dar, weil Tieftemperaturangaben dadurch unmittelbar vergleichbar werden. Sollten künftige Untersuchungen ergeben, dass die Skala noch geringfügig korrigiert werden muss, werden ältere Messwerte einfach umrechenbar sein.

Ansprechpartner:

M. Kühne,
Fax: 030-3481-490