Spotkanie z mistrzami metrologii

Od ponad 25 lat Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej wspiera Międzynarodową Agencję Energii Atomowej w jej działaniach polegających na nadzorowaniu wdrażania układu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Znaczna część działań dotyczących środków bezpieczeństwa jądrow...

Od ponad 25 lat Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej wspiera Międzynarodową Agencję Energii Atomowej w jej działaniach polegających na nadzorowaniu wdrażania układu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Znaczna część działań dotyczących środków bezpieczeństwa jądrowego obejmuje pomiary poziomu zawartości różnych izotopów radioaktywnych w próbkach pobranych z instalacji jądrowych oraz z innych miejsc. Izotopy są odmianami tego samego pierwiastka różniącymi się liczbą neutronów; analiza względnych zawartości izotopów może dostarczyć naukowcom wielu informacji o pochodzeniu danej substancji i sposobie jej wytwarzania.

Nad dokładnością tych pomiarów czuwa jednostka ds. pomiarów izotopowych Instytutu Materiałów Odniesienia i Pomiarów (IRMM) Wspólnego Centrum Badawczego, położonego tuż pod flamandzkim miastem Geel w północnej Belgii. Przedstawiciele serwisu CORDIS Wiadomości zwiedzili jej laboratoria, oprowadzani przez Rogera Welluma, koordynatora IRMM ds. zabezpieczeń.

- W dziedzinie badań jądrowych konieczna jest dokładność rzędu ułamków procenta - wyjaśnił dr Wellum. - Pomiar wymaga kalibracji, więc materiały wzorcowe są podstawowym elementem systemu pomiarowego. Wytwarzanie certyfikowanych materiałów wzorcowych jest głównym zadaniem IRMM.

Wejście do laboratorium wymaga uzyskania certyfikatu bezpieczeństwa i wiąże się z nałożeniem plastikowych ochraniaczy na obuwie oraz fartucha laboratoryjnego. Strój uzupełnia dozymetr umieszczony w kieszeni fartucha; tak wyposażeni człapiemy korytarzem.

W pierwszym laboratorium, do którego weszliśmy, w komorze rękawicowej zobaczyliśmy szmaragdowozielony roztwór umieszczony w szklanej butelce. Płyn przedstawia pierwszy etap procesu wytwarzania wzorców metodą LSD (Large Sized Dried). Dokładnie znane ilości metalicznego uranu i plutonu rozpuszcza się w kwasie azotowym; proces ten może trwać kilka tygodni. Następnie roztwór rozlewa się do około 1000 fiolek i odparowuje. Inspektorzy bezpieczeństwa jądrowego i inni użytkownicy stosują produkt końcowy do pomiaru ilości rozpuszczonych paliw reaktorowych w zakładach przerabiających wypalone paliwo jądrowe, np. w Sellafield, La Hague czy Rokkasho w Japonii.

Dla inspektorów bezpieczeństwa jądrowego coraz większe znaczenie ma pobieranie próbek środowiskowych. Proces ten bardzo często polega na "przecieraniu powierzchni" w obiektach jądrowych, czyli przeciąganiu po nich bawełnianą ściereczką i sprawdzeniu rodzaju osadzonych na niej cząstek jądrowych. Następnie analizuje się skład izotopowy cząstek kurzu i porównuje z rodzajami cząstek, których należałoby oczekiwać przy uwzględnieniu oficjalnie prowadzonej przez zakłady działalności.

Naukowcy z IRMM opracowują sposób wytwarzania cząstek wzorcowych o określonej zawartości różnych izotopów uranu, na które istnieje pilne zapotrzebowanie. W innym laboratorium widzieliśmy komorę reakcyjną użytkowaną przez naukowców w celu wytwarzania cząstek uranu z gazowego heksafluorku uranu (UF6).

Prace prowadzone przez jednostkę ds. pomiarów izotopowych nie ograniczają się do dziedziny badań jądrowych. Kolejny obecnie realizowany projekt wiąże się z poszukiwaniem definicji kilograma. Przez lata naukowcy definiowali jednostki miary na podstawie "czystych" pomiarów. Przykładowo jeden metr to "długość odcinka, jaki światło pokonuje w próżni w czasie 1/299 792 458 sekundy". Jednak wzorcem kilograma nadal pozostaje zawierający platynę i iryd kawałek metalu, przechowywany w Międzynarodowym Biurze Wag i Miar na przedmieściach Paryża. Zdefiniowanie kilograma w oparciu o "czysty" pomiar okazało się wyjątkowo trudne, ale problem jest coraz bardziej palący, gdyż porównania między oficjalnym wzorcem kilograma a jego kopiami przechowywanymi w innych krajach wskazują, że oryginał może podlegać zmianom.

IRMM bierze udział w międzynarodowym projekcie dotyczącym liczby Avogadro, w ramach którego podejmowane są próby podania definicji kilograma w zależności od liczby atomów znajdujących się w kilogramie czystego krzemu. Jednak naukowców ciągle sporo dzieli od dotarcia do tego Świętego Graala metrologii.

Dr Wellum jest ponadto organizatorem międzylaboratoryjnych badań porównawczych polegających na wysyłaniu tego samego materiału wzorcowego do szeregu laboratoriów pomiarowych, które przeprowadzają odpowiednie badania i przekazują ich wyniki IRMM. Niektóre z laboratoriów mogą dokonywać pomiarów materiałowych z bardzo dużą dokładnością; pozostałym IRMM udziela porad laboratoryjnych dotyczących sposobów poprawy jakości technik pomiarowych.