İçindekiler
Dergi Arşivi

Metroloji Dünyasında Yeni Bir Çağ Başlıyor

Bakanlığımızın da oy kullandığı tarihi toplantıda “Kilogram” ile birlikte Uluslararası Birim Sistemi’nden (SI) 4 birimin tanımı değişti.

 

Paris’te 13-16 Kasım 2018 tarihlerinde gerçekleştirilen 26. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı’nda yapılan oylamayla “Kilogram, Amper, Kelvin ve Mol”ün tanımı oy birliğiyle değişti. Söz konusu tarihi toplantıda ülkemiz adına Metroloji ve Standardizasyon Genel Müdürü Prof. Dr. Necip Camuşcu oy kullandı.


Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Metroloji ve Standardizasyon Genel Müdürü
Prof. Dr. Necip Camuşcu

Kilogram, 1889 yılından itibaren Paris’te yer alan Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu’nda ısısı ve basıncı kontrol altında tutulan, üç cam fanus içinde, bir laboratuvarda muhafaza edilen, Platin ve İridyum’dan üretilmiş, “Büyük K” isimli bir silindirik külçenin ağırlığına göre tanımlanmıştı. Hatasız olması gereken bu külçenin ağırlığının yıllar içinde küçük miktarlarda azalarak değişmesi, bu değişimin ise özellikle ilaç geliştirme, nanoteknoloji ve hassas cihaz mühendisliği gibi birçok alana kritik etkilerinin olması sebebiyle yeni bir tanım arayışına girilmişti. Uzun süren araştırmalar ve müzakereler sonucunda kilogramın somut bir cisim değil teorik bir denkleme sabitlenmesi kararlaştırıldı ve Planck sabiti ile yeniden tanımı yapıldı. Kilogram’a ilave olarak Amper, Kelvin ve Mol’ün tanımları da sırasıyla elemanter yük sabiti, Boltzman sabiti ve Avogadro sabiti cinsinden yeniden tanımlandı. Oy birliğiyle kabul edilen tanımlar 20 Mayıs 2019 tarihinde yürürlüğe girecek.

Yeni tanımların dayandırıldığı büyüklükler, birimleri gerçekleştirmek için kullanılan teknolojilerde olası ilerlemelerden etkilenmeyecek şekilde seçilmiş olup gelecekte SI birim sisteminde yeni düzenlemelere ihtiyaç duyulmayacaktır. Dolayısıyla bu değişikliklerle birlikte tüm SI temel birimleri, evrensel sabitlerin kararlı tabiatı gereği zamandan, konumdan ve kişiden bağımsız olarak gerçekleştirilebilecek.

Kilogram, Kelvin, Amper ve Mol birimlerinin yeni tanımlarının yürürlüğe girmesiyle ülke genelinde 1,7 milyon sertifikanın izlenebilirliğinin yurt dışına bağımlı kalmadan ülkemizde gerçekleştirilebilmesi için TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü, laboratuvar alt yapısını hazırlama çalışmalarını tüm hızıyla sürdürmektedir.

 

 

 

KİLOGRAM, AMPER, KELVİN VE MOL’ÜN YENİ TANIMLARI

Kilogram

Kütle birimi kilogramın tanımı 1889 yılından beri maddi bir ölçüte bağlı kalınarak Uluslararası Kilogram Prototipi (IPK) aracılığıyla yapılmaktaydı. Referans standardı % 90 Platin ve % 10 İridyum alaşımından, 39 mm yüksekliğinde ve 39 mm çapında silindir şeklinde imal edilmiş olan, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu’nda (BIPM) üç cam fanus içerisinde muhafaza edilen ve erişimi Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi’nin (CIPM) sıkı denetimiyle kontrol edilen Kilogram birimi “IPK’nin kütlesine eşittir” şeklinde tanımlanıyordu. Bu tanım yapılırken IPK kütlesinde hiçbir değişimin olmadığı varsayordu. Bu varsayımın test edilebilirliği mümkün olmamakla birlikte, kilogram birimi için izlenebilirlik yalnızca BIPM tarafından sağlanabiliyordu.

Kilogram biriminin yeni tanımı ise Planck sabiti sayısal değeri h = 6,626 070 015 x 10-34 kg m2 s-1 alınarak yapılır. Bu tanımda SI birimlerinden metre ışığın vakumdaki hızı (c) ile saniye ise Sezyum-133 atomunun ince yapı seviyeleri arasındaki geçiş frekansı (?ν_Cs) ile tanımlanmaktadır. Dolayısıyla kilogram yeni tanımı metre ve saniye ile ilişkilendirilmiştir. Yeni tanımla birlikte değeri evrensel bir sabit ile belirlenmiş olan kilogram biriminin izlenebilirliğinin BIPM tarafından verilmesi zorunluluğu ortadan kalkacak.

Kilogram birimini birincil seviyede gerçekleştirebilecek yönteme (Kibble Balans ya da XRCD) sahip bütün ulusal metroloji laboratuvarlardan izlenebilirlik alınabilecek. IPK kütlesi izlenerek yıllar içerisinde nasıl değiştiği gözlenip geriye dönük çıkarımlar yapılabilecek. TÜBİTAK UME’de kilogram biriminin gerçekleştirilmesi için çalışmalar 2014 yılından beri devam ediyor. “Metrologia” dergisinde de yayımlanmış olan güncel belirsizlik değeri 6 ppm’dir. TÜBİTAK UME 2019 sonlarına doğru 0,1 ppm belirsizlik seviyesine ulaşmayı hedefliyor.

Amper
Elektrik akımı birimidir. 1948 yılından itibaren 9. CGPM Konferansında kabul edilen tanımı kullanılmaktaydı. Amper, sonsuz uzunlukta, dairesel kesit alanı ihmal edilebilecek, iki düz iletken tel vakum altında birbirlerine göre paralel ve 1 m mesafede iken bu iletkenler arasında 2 x 10-7 N/m büyüklüğünde kuvvet yaratan sabit akım olarak tanımlanıyordu.

Güncel tanımında kuvvet kullanıldığı için amper birimini kilogram, metre ve saniye tanımlarını gerçekleştirmeden elde etmek mümkün değildir. Amperin tanımı vakum manyetik geçirgenliği μ_0 = 4π x 10-7 H·m-1 olarak sabitlenmiştir. Amper biriminin yeni tanımı elemanter yükün sayısal değeri e = 1,602 176 634 x 10-19 A s esas alınarak yapılır.

Bu tanımda SI birimlerinden saniye Sezyum-133 atomunun ince yapı seviyeleri arasındaki geçiş frekansı (?ν_Cs) ile tanımlanmaktadır. Bu tanımı gerçekleştirmek için tek elektron pompası (single electron pump) kullanılabilir. Yeni tanıma göre amper biriminin artık kilogram ve metre ile ilişkilendirilmesi ortadan kalkacak ve birim fizikteki temel sabite (e) bağlanmış olacaktır.

Kelvin
Termodinamik Sıcaklık birimi olan Kelvin 1967/68 yılından itibaren suyun aynı anda katı, sıvı ve gaz hallerinde termal dengede bulunduğu üçlü nokta sıcaklığının 1/273,16’sı olarak tanımlanmaktaydı.

Kelvin biriminin yeni tanımı ise Boltzman sabitinin sayısal değeri k = 1,380 649 x 10 -23 kg m2 s-1 K-1 alınarak yapılır. Bu tanımda SI birimlerinden kilogram Planck sabiti (h), metre ışığın vakumdaki hızı (c) ile saniye ise Sezyum-133 atomunun ince yapı seviyeleri arasındaki geçiş frekansı (?ν_Cs) ile tanımlanmaktadır. Bu değişiklikle birlikte Kelvin kilogram, metre ve saniye tanımlarıyla ilişkilendirilmiştir. Kelvin biriminin gerçekleştirilmesinde Dielektrik Sabiti Gaz Termometresi, Akustik Gaz Termometresi, Johnson Gürültüsü (Johnson Noise) Termometresi ve Doppler Genişlemesi (Doppler Broadening) Termometresi kullanılabilir. TÜBİTAK UME, halen yürürlükte olan yatırım projesi kapsamında çalışmalarına devam ettiği Akustik Gaz Termometre sistemini kurarak termodinamik sıcaklık ölçümlerini gerçekleştirecek.

Mol

1971 yılından itibaren 12 gram 12C’da bulunan atom sayısı kadar elemanter tanecik (atom, molekül, iyon, elektron, ya da diğer parçacıklar) içeren sistemler 1 mol olarak tanımlanmaktaydı.

Mol biriminin yeni tanımı, Avagadro sabitinin sayısal değeri NA = 6,022 140 76 x 1023 mol-1 alınarak yapılır. Avogadro sayısı kadar tanecik içeren sistemler bir mol olarak tanımlanır.

Mol biriminin gerçekleştirilmesinde 28Si izotopundan yapılan saf silikon küreler kullanılır. Bu tanımla birlikte 12C atomunun kütlesi, kilogram ve mol arasındaki mevcut ilişki geçerliliğini kaybedecektir.