2.4.1. Международный эталон единицы массы радия

В течение многих лет (с 1928 по 1969 г.) государственным эталоном единицы массы радия служил радиевый образец № XI — вторичный международный эталон, изготовленный в 1927 г. Этот эталон, равно как и его копия — образец №Х, изготовленный одновременно с ним, были сличены с первичным международным радиевым эталоном, изготовленным в 1911 г. в Париже Марией Кюри, и с основной копией международного эталона, изготовленной в том же году в Вене О. Хенигшмидом. Образцы № XI и X были снабжены сертификатами Международной комиссии по радиевым эталонам, подписанными председателем этой комиссии Э. Резерфордом и членами комиссии — М. Кюри и С. Мейером.

Уже в начале тридцатых годов возникли опасения за сохранность международных радиевых эталонов 1911 г. ввиду возможности их самопроизвольного разрушения под действием накопившихся в ампулах этих эталонов газов — гелия и хлора, образующихся постепенно в результате радиоактивного распада радия и его дочерних продуктов. По оценке Ф. Жолио-Кюри давление газов внутри ампулы парижского эталона 1911 г. достигло к 1934 г. значения 17 кг/см². Кроме того, стенки стеклянных ампул радиевых эталонов (толщиной 0,27 мм) с течением времени утрачивают первоначальную прочность под действием излучений.

Будучи обеспокоена за судьбу международного радиевого эталона, а также за сохранность национальных эталонов различных стран, многие из которых были изготовлены в десятых и начале двадцатых годов, Международная комиссия по радиевым эталонам обратилась к О. Хенигшмиду, работавшему в то время в университете г. Мюнхена, с просьбой изготовить некоторое количество новых эталонов из радиевой соли, которую он использовал в тот период для определения атомной массы радия. Эта соль, выделенная из катангской руды и представлявшая собой по химическому составу хлорид радия была тщательно очищена Хенигшмидом от посторонних примесей, причем спектральный анализ показал, что примесь бария в этой соли составляла менее 0,002—0,003% по числу атомов. Следует отметить также, что значение атомной массы радия 226,05, определенное О. Хенигшмидом в ходе этой работы, до настоящего времени не подвергается ревизии.

Из этой соли Хенигшмид приготовил 20 навесок и поместил их в стеклянные ампулы внутренним диаметром 3 мм, толщиной стенок 0,27 мм и длиной около 40 мм. Ампулы были запаяны во второй половине дня 2 июня 1934 г. Изготовленные таким образом эталоны получили номера с 5421 до 5442 (№ 5423 и 5439 были пропущены). По сравнению с международными эталонами 1911 г. ампулы новых эталонов имели значительно больший свободный объем, благодаря чему давление газов внутри ампул не должно было возрастать чрезмерно быстро.

Один из изготовленных эталонов (№ 5430) был выбран в качестве нового первичного международного радиевого эталона, подлежащего хранению в Париже. В течение четырех лет этот эталон был сравнен с парижским и венским эталонами 1911 г. [152]. Эталон № 5428 был передан Институту радия в Вене для замены старого эталона-копии 1911 г. Остальные эталоны были распределены между различными странами для замены прежних национальных эталонов или оставлены в резерве для той же цели. Советскому Союзу в 1956 г. был предоставлен эталон № 5427.

До прекращения деятельности Международной комиссия по радиевым эталонам в 1948 г. эталоны Хенигшмида, переданные различным странам, снабжались сертификатами этой комиссии, в которых были указаны два значения массы радия: определенное Хенигшмидом при изготовлении эталона путем взвешивания соли и определенное в результате сличения данного эталона с парижским и венским эталонами 1911 г. Расхождение между этими значениями в ряде случаев было больше ожидаемого, и нужно было решить, какому следует отдать предпочтение. Если основным считать значение, полученное в результате сличения с парижским и венским эталонами 1911 г., то придется признать, что эти два эталона остаются первичными международными эталонами; если же принимать за основное значение массы радия, определенное Хенигшмидом путем взвешивания соли, то оно не зависит ни от международных эталонов 1911 г., ни от нового международного эталона № 5430. В том и другом случаях роль эталона № 5430 в качестве международного представляется сомнительной.

В 50-х годах в ряде метрологических лабораторий были проведены тщательные взаимные сличения эталонов Хенигшмида с помощью ионизационных камер и калориметров. Анализ результатов этих сличений показал, что масса радия в эталонах была определена Хенигшмидом при их изготовлении весьма тщательно и надежно. Было установлено также, что эталоны Хенигшмида образуют связанную и внутренне согласованную систему, способную существовать и при отсутствии новых первичных международных эталонов № 5430 и 5428, выбранных к тому же совершенно произвольно и по точности определения массы радия не превосходящих остальные эталоны этой системы.

Эти соображения были доложены У. Б. Манном (НБС США) совещанию Специальной рабочей группы, назначенной Консультативным комитетом по эталонам Для измерения ионизирующих излучений и собравшейся в Мюнхене 17 июля 1959 г. Группа приняла следующую рекомендацию, утвержденную затем (в 1960 г.) Консультативным комитетом, а также Международным комитетом мер и весов:

«Специальная рабочая группа рекомендует, чтобы нормализованная система радиевых эталонов Хенигшмида 1934 г. рассматривалась в качестве исходной для всех относительных эталонирований и калибровок радия. Для всех практических целей в настоящее время это будет выполнено путем принятия масс, определенных Хенигшмидом для этих эталонов, применяемых в качестве национальных или международных эталонов».

Международные эталоны № 5430 и 5428 занимают в нормализованной системе особое место, так как они были тщательно сличены с международными эталонами 1911 г. и, кроме того, с ними были сличены другие эталоны Хенигшмида, переданные разным странам; многие из эталонов Хенигшмида связаны со всей нормализованной системой только через эталоны № 5430 и 5428. Поэтому Специальная рабочая группа рекомендовала, чтобы хранение эталона № 5430 осуществляло Международное бюро мер и весов. Эта рекомендация в настоящее время выполняется.

Так как Советский Союз присоединился к цитированной выше рекомендации Специальной рабочей группы при условии, что советский эталон № 5427 будет включен в состав нормализованной системы, (ранее эталон № 5427 не был сличен с другими эталонами Хенигшмида), то такое сличение Международное бюро мер и весов провело в 1963—1964 гг. в Лаборатории Кюри Института радия (Париж), Федеральном физико-техническом институте (Брауншвейг, ФРГ) и в Институте радия и ядерных исследований (Вена). Эталон № 5427 был сличен с эталонами № 5426, 5430, 5422, 5428 и 5438 с помощью ионизационных камер по γ-излучению и с помощью калориметров — по α- и β-излучению. Результаты сличения приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Результаты сличения массы радия в эталонах Хенигшмидта

Примечание. В — взвешивание; К — калориметр; И — ионизационная камера.

Как видно из приведенных в табл. 2.1 данных, масса радия в эталоне № 5427, определенная в результате сличений, совпадает с отклонением в пределах 0,07% со значением, определенным Хенигшмидом. У других эталонов, участвовавших в этом сличении, отклонения также не превышают 0,05—0,07%, кроме эталона № 5430, у которого расхождение достигает 0,27%. Оно не является, впрочем, неожиданным, принимая во внимание результаты других сличений этого же эталона.

В результате сличения была осуществлена связь эталона № 5427 с нормализованной системой эталонов Хенигшмида, т. е. с первичным международным эталоном единицы массы радия, что явилось необходимой предпосылкой к утверждению эталона № 5427 в качестве нового государственного эталона единицы массы радия. Другой необходимой предпосылкой к утверждению эталона № 5427 государственным эталоном единицы массы радия было сличение его с прежним государственным эталоном-образцом № XI и эталоном-копией — образцом № X. Это сличение было проведено с помощью эталонных установок УЭА-4 и УЭА-5. В результате найдено, что значения массы радия в образцах № XI и X, определенные по соотношению с образцом № 5427, превышают значения, указанные в сертификатах на эти образцы, в среднем на 0,3—0,5%. Принимая во внимание, что сличения образцов проводились многократно и притом двумя существенно различными методами (ионизационным и калориметрическим), наличие какой-либо неучтенной систематической погрешности представляется маловероятным.

В связи с этим можно отметить, что при сравнении эталонов Хенигшмида № 5437 и 5440 с парижским и венским международными эталонами 1911 г. также наблюдалось подобное расхождение: значения массы радия в эталонах Хенигшмида превышали на 0,3—0,5% значения, определенные по международным эталонам 1911 г., по которым в 1927 г. были аттестованы и наши эталоны № XI и X. Таким образом, по-видимому, существует расхождение 0,3—0,4% между размерами единицы «миллиграмм радия», воспроизводимой прежним государственным эталоном № XI и новым эталоном № 5427.