Кіріспе

Германия Федеративтік Республикасының ұлттық метрология институты

Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) – Германия Федеративтік Республикасының ғылыми және техникалық қызметтерді атқаратын ұлттық метрология институты. Ол – жоғары федералдық орган және заңды тұлға емес, Экономикалық істер және климаттық шаралар федералдық министрлігінің бақылауындағы мемлекеттік құқық институты.

Тапсырмалары

АҚШ-тағы NIST және Ұлыбританиядағы NPL-мен бірге PTB әлемдегі жетекші метрология институттарының қатарына кіреді. Германияның Ұлттық метрология институты ретінде PTB Германияның дұрыс және сенімді өлшемдер бойынша ең жоғары және жалғыз құзыретті органы болып табылады. Бірліктер мен уақыт туралы заң [Bundesgesetzblatt (Федералды заңдар газеті), 2008 жылғы том, I бөлім, № 28, 1185-беттен бастап, 2008 жылғы 11 шілде] бірліктерді іске асыру және таратумен байланысты барлық міндеттерді PTB-ға жүктейді. Осы Заңда бірліктерге қатысты барлық құқықтық маңызды аспектілер, сондай-ақ PTB-ның жауапкершілігі біріктірілген. Бұрын бірліктерге қатысты барлық мәселелер, сондай-ақ PTB-ның рөлі үш заңға бөлінген: Бірліктер туралы заң, Уақыт туралы заң және Растау туралы заң. PTB тоғыз техникалық-ғылыми бөлімшеден тұрады (олардың екеуі Берлинде), олар шамамен 60 бөлімге бөлінеді. Бұл бөлімдер 200-ден астам жұмыс тобына бөлінеді. PTB-ның міндеттері: негізгі және табиғи тұрақтыларды анықтау; SI жүйесінің заңды бірліктерін іске асыру, сақтау және тарату; және қауіпсіздік технологиясы. Бұл міндеттердің спектрі Германияның Калибрлеу қызметі (Deutscher Kalibrierdienst, DKD) және заңмен реттелетін сала үшін метрология, өнеркәсіп үшін метрология және технологияны трансферлеу үшін метрология сияқты қызметтермен толықтырылады. PTB өз міндеттерін орындау үшін университеттермен, басқа да ғылыми-зерттеу институттарымен және өнеркәсіппен тығыз ынтымақтастықта метрология саласындағы іргелі зерттеулер мен әзірлемелерді жүргізеді. PTB-да шамамен 1900 қызметкер жұмыс істейді. Оның жалпы бюджеті шамамен 183 миллион еуроны құрайды; 2012 жылы ғылыми-зерттеу жобалары үшін қосымша 15 миллион еуро үшінші тараптан тартылды. Бірліктер мен уақыт туралы заң PTB-ға Германияда заңды уақытты таратуды да тапсырады. Осы үшін уақыттық базаны қамтамасыз ету мақсатында PTB бірнеше атомдық сағаттарды пайдаланады (қазіргі уақытта екі цезий сағаты және 1999 және 2009 жылдардан бастап екі цезийлік фонтан сағаты). PTB-ның тапсырысы бойынша радиоарқылы сағаттарды синхрондау Media Broadcast компаниясының DCF77 уақыт сигналды тарату арқылы жүзеге асырылады. Интернетке қосылған компьютерлер PTB басқаратын үш NTP уақыт сервері арқылы да уақытты ала алады. Берлиндегі Адлерсхофта PTB инфрақызыл (THz) аймағынан экстремалды ультракөккөкке (EUV) дейінгі калибрлеу үшін MLS (Метрология жарық көзі) электронды сақтау сақинасын пайдаланады. Q.5 "Техникалық ынтымақтастық" бөлімі сапалы инфрақұрылым саласындағы неміс және халықаралық даму ынтымақтастығының жобаларын жүзеге асырады. Бұл іс-шаралар дамушы елдер мен өтетін елдерде бәсекеге қабілеттілікті, сондай-ақ қоршаған ортаны қорғау мен тұтынушылардың құқықтарын қорғауды ынталандырады. PTB-ның "Метрологиялық ақпараттық технологиялар" бөлімінің міндеттерінің бірі – Германияның құмар ойындар туралы ережесіне сәйкес (§ 11 ff. SpielV) – ұтысқа мүмкіндік беретін ойын автоматтарына типтік мақұлдама беру. Сондай-ақ, дауыс беру машиналары туралы федералды жарлыққа сәйкес, PTB дауыс беру компьютерлерінің үлгісін бекітуге жауапты. Алайда, бұл мәселе даулы, өйткені 2009 жылғы 3 наурыздағы Федералды Конституциялық Соттың шешімімен мұндай дауыс беру машиналарын пайдалануға рұқсат етілмейді. Кіші қару сертификатымен тасымалданатын қарулар, яғни бос оқпен немесе тітіркендіргіш заттармен атылатын қарулар және сигнал беру құрылғылары ретінде пайдаланылатын қарулар, оларды бекіту үшін PTB сынақ белгісін қажет етеді. Кейде бұл қарулар "PTB қарулары" деп те аталады және PTA немесе PTB дәлелдеу белгісі F таңбасын таңбалайды (қараңыз: Қару мен оқ-дәрілерді сынау туралы заң).

Тарих

Физикалық-техникалық рейхсанстальт (Императорлық физикалық-техникалық институт – PTR) құрылуына себеп болған екі маңызды фактор – 1875 жылғы метрлік конвенцияда халықаралық жарамды, бірыңғай өлшемдерді белгілеу және 19 ғасырда Германиядағы қарқынды индустриялық даму болды. Франко-прус соғысында (1870/71) Германияда ғылыми механика және құралдар ғылымының тоқырауы байқалды. Өнеркәсіптік өндіріс үшін бұрынғыдан да дәл метрология қажеттігі туды. Экономиканың, сауданың және әскери саланың ұлттық мүдделерін ілгерілету үшін метрология институтын құруға басты ықпал еткен – әсіресе, Вернер фон Сименс басқаратын жаңадан дамып келе жатқан электр өнеркәсібі болды. Ұзындық және салмақ бірліктерінен өзгеше, сол кезде электр метрологиясы саласында мойындалған әдістер мен стандарттар болған жоқ. Электрлік (және басқа) өлшем бірліктерін іске асыру үшін сенімді және тексерілетін өлшем әдістерінің жетіспеуі өткір ғылыми және экономикалық мәселе болып саналды. 1872 жылы бір топ прус ғалымы бірігіп, осы мәселені шешу үшін мемлекеттік институт құруды талап етті. Мұның себебі, мұндай міндет өнеркәсіптік зертханалар үшін ғылыми тұрғыдан тым ауыр болса, олар үшін тиімді емес еді, ал классикалық оқу орындары да осы міндетке сай келмейтін. «Шеллбах меморандумының» (авторы Карл Генрих Шеллбахтың есімімен аталады) қолдаушыларының қатарында Герман фон Гельмгольц, математик және физик Вильгельм Фёрстер де болды. Алайда, Пруссия бастапқыда олардың талаптарын қабылдамады. Бірнеше жылдан кейін ғана PTR-дің «негізін қалаушы әкелері» Вернер фон Сименс пен Герман фон Гельмгольц ғылыми, техникалық және өндірістік мүдделерді оңтайлы байланыстыратын зерттеу институтын құру арманына жете алды. Соңында, 1887 жылдың 28 наурызында Императорлық диета PTR-дің алғашқы жылдық бюджетін бекітті – Германиядағы алғашқы мемлекеттік қаржыландырылатын, университеттен тәуелсіз, ірі зерттеу институты, ол еркін іргелі зерттеулерді өнеркәсіпке қызмет көрсетумен үйлестірді. Вернер фон Сименс Рейхсанстальтқа Берлин Шарлоттенбургтегі жеке жерін сыйға берді. Герман фон Гельмгольц оның бірінші президенті болды. Сол кезде PTR-де 65 адам жұмыс істеді, олардың ішінде оннан астам физик болды, олардың бюджеті 263 000 рейхсмарканы құрады. Алғашқы онжылдықтарда PTR маңызды ғалымдар мен Кураториум мүшелерін жұмысқа тартуға қол жеткізді, олардың арасында Вильгельм Виен, Фридрих Кольрауш, Вальтер Нернст, Эмиль Варбург, Вальтер Боте, Альберт Эйнштейн және Макс Планк болды.

Кванттық физиканың пайда болуы

ПТР-дегі алғашқы маңызды ғылыми жетістік те Макс Планк есімімен тығыз байланысты. Берлин қаласында көшелерді жарықтандыру үшін электр энергиясының немесе газдың тиімділігін анықтау мақсатында ПТР жарық интенсивтілігінің дәл стандартын жасауға кірісті. Осы үшін 1895 жылы Отто Ламмер мен Вильгельм Вьен жылу сәулесін практикалық түрде алуға арналған алғашқы қуыс сәуле шығарушыны (радиаторды) құрастырды. Олардың қара дене сәулеленуі спектрін өлшеулері соншалықты дәл болды ki, ұзын толқын ұзындықтарында Вьеннің сәулелену заңымен қайшылық тудырды. Бұл сол кездегі классикалық физиканың негізгі қағидаларының бірін күңкілдетті. Осы өлшемдер Макс Планкты жылу сәулеленуді – кейіннен ол "әрекетсіздікпен" деп атағандай – жеке порцияларға бөлуге итермеледі. Осылайша кванттық физика дүниеге келді.

Жаңа құрылым және жаңа физика

1914 жылы PTR президенті Эмиль Варбург физикалық және техникалық бөлімдерге бөлінуді тоқтатты және PTR-ді оптика, электр және жылу бөлімдеріне қайта құрылымдады, оған қоса таза ғылыми және техникалық сипаттағы кіші бөлімдер де құрылды. Варбургтың ізбасары Вальтер Нернст кезінде Рейхсансталт фюр мер унд весен (Императорлық салмақтар мен өлшемдер институты – RMG) да PTR құрамына қосылды. Жаңа құрылған бөлім RMG-дан тексеру жүйесіне қатысты кең ауқымды міндеттерді, сондай-ақ тексеру жүйесімен байланысты ұзындық, салмақ және көлем өлшемдерін қабылдады. Осылайша, міндеттердің аясы бүгінгі PTB-ның аясына ұқсас болды: PTR өз зерттеулері мен әзірлемелері арқылы, сондай-ақ оларға негізделген қызметтер арқылы метрологияның біртектілігін және оның үнемі дамуын қамтамасыз етуге тиіс болды. Мазмұны жағынан PTB сол кезде «Жаңа физика» деп аталатын салаға бағытталған. Бұл, басқа нәрселермен қатар, жаңадан ашылған рентген сәулелерін, жаңа атомдық модельдерді, Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясын, кванттық физиканы (бұрын айтылған қара дене сәулеленуі жөніндегі жұмыстарға негізделген) және электрондардың қасиеттерін зерттеуді қамтыды. PTR-дің алғашқы радиоактивтік зертханасын құрған Ханс Гайгер сияқты ғалымдар осы зерттеу жұмысына қатысты. Вальтер Мейснер гелийді сұйылтуға қол жеткізді, бұл оны бірқатар металдардың суперөткізгіштігін ашуға әкелді. Осыған байланысты ол бірнеше жылдан кейін әріптесі Роберт Оксенфельдпен бірге суперөткіштердің сырттан қолданылған магнит өрісін өздерінен ығыстыру қабілетіне ие екенін анықтады – Мейснер-Оксенфельд эффектісі.

Нацистік Германия

1933 жылы 1 мамырда Йоханнес Старк президент болып тағайындалғаннан кейін, Ұлттық социализм идеологиясы ПТР-ге енді. Неміс физикасын қолдаушы Старк қазіргі заманғы физика мәселелері бойынша жүргізілген әртүрлі зерттеу жобаларын тоқтатты, оларды "еврейлік" деп сипаттады, соның ішінде кванттық физика және салыстырмалылық теориясы жөніндегі еңбектерді. Старк ПТР-де "Фюрерлік принципті" (Führerprinzip) орнатуға тырысты: 1935 жылы ол Кураторийді таратып, оның өкілеттіктерін өзіне алды. Еврей қызметкерлері мен НСДАП-ты сынағандар (мысалы, Макс фон Лауэ) жұмыстан босатылды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін Фон Лауэ ПТБ-ны қайта құруға қатысты. Кураторий таратылғанға дейін одан шығарылған Альберт Эйнштейн ПТР/ПТБ-мен байланысын үзіп қойды. Старк және 1939 жылдан кейін оның ізбасары Абрахам Исау басшылығымен ПТР қару-жарақ зерттеулеріне баса назар аударды. Жаңа құрылған акустика зертханасы жалпы және, ең бастысы, әскери салаларда қолдану мүмкіндіктерін зерттеуге арналды. Бұл артиллерияны акустикалық түрде табу, ультрадыбысты әскери мақсатта пайдалану және шифрларды бұзу процедураларын әзірлеуді қамтыды. Сонымен қатар, ПТР зерттеушілері акустикалық миналар мен кемелердің қозғалысының дыбыс толқынына бағытталатын торпедаларға басқару жүйесін жасады. Классикалық метрологиялық міндеттеріне байланысты ПТР үшінші рейхтің қару-жарақ өнеркәсібімен тығыз байланыста болды. Әскери жабдықтарды өндіру үшін нақты өлшемдер қажет болғандықтан, ПТР қару-жарақ өндірісі мен қорғаныста маңызды рөл атқарды. ПТР-дің неміс ядролық қару жобасына қатысқан деңгейі күмәнді. Алайда, белгілі болғандай, ПТР президенті болардан бұрын Абрахам Исау 1939 жылға дейін ядролық бөлінуді зерттеген ғалымдар тобына жетекшілік еткен. Кейін ол 1942 жылдың көктемінен бастап неміс уран жобасын бақылаған Рейхтік зерттеулер кеңесінде "ядролық бөліну" саласының басшысы болды. Одан кейін Герман Геринг бұрынғы ПТР физигі Курт Дибнер басқарған зерттеу тобын ПТР-дегі атом физикасы бөліміне (V бөлім) қарастырды. Эсау "Райхсмаршалдың ядролық физика жөніндегі уәкілді өкілі" атағын алды, бірақ ол 1943 жылдың соңында Уолтер Герлахқа өткізді. Одақтастардың бомбалауынан қашу үшін ПТР 1943 жылы президент және Тюрингия кеңесшісі Абрахам Исаудың бастамасымен Германияның әртүрлі аймақтарына (мысалы, Тюрингиядағы Вайда мен Роннебургке және Төменгі Силезиядағы Бад Вармбруннға) көшірілді. Берлинге жасалған шабуылдар кезінде ПТР ғимараттары қирады. 1945 жылы Рейхсанстальт жартылай қирап, қалған бөлімдер ел бойынша шашырап кетті.

PTB Braunschweig компаниясының және PTR-дің басқа да жалғастырушыларының қайта құрылуы

1947 жылдан бастап Берлиндегі Шарлоттенбургтегі ПТР-ге қосымша институттар құрылды, яғни, Шығыс Берлинде – Кеңес оккупациялық аймағы үшін, ал Бизонда – кейін Тризонда. Британ әскери үкіметінің қолдауымен Брауншвейгте ескі Рейхсанстальттың бөлімдері қайта құрылды. Бұл идеяны бұрынғы ПТР-дің теориялық физика бойынша кеңесшісі Макс фон Лауэ, Ферм-Холлдағы интернмент кезінде әзірлеген болатын. 1947 жылы ол британдық билікті ПТР мұрагері үшін Брауншвейг маңындағы Вёлькенродедегі бұрынғы Luftfahrtforschungsanstalt (Аэронавтикалық зерттеу институты) ғимаратын беруге көндірді. 1948 жылы Берлиндегі 1-бөлімнің көп жылдық директоры болған Вильгельм Кёстер оның алғашқы президенті болды. Берлин, Вайда және Гейдельбергтегі көптеген бұрынғы ПТР қызметкерлері оның ізімен Брауншвейгке келді. Жаңа институт ꞋꞋФизикалық-техникалық институтꞋꞋ (PTA) деп аталды және 1950 жылдың 1 сәуірінен бастап ꞋꞋФизикалық-техникалық федералды институтꞋꞋ болып өзгерді. 1953 жылы Батыс Берлиндегі ПТР Берлиннің төрт державалық статусын ескере отырып, осы институтқа ꞋꞋБерлин институтыꞋꞋ ретінде қосылды. Германия Демократиялық Республикасында (ГДР) "Deutsches Amt für Maß und Gewicht" (DAMG) өз негізгі кеңсесімен Берлинде құрылды. Бірнеше рет қайта атаудан кейін, ГДР-дың соңғы жылдарында бұл институт Стандарттау, метрология және тауар сапасын бақылау басқармасы (Amt für Standardisierung, Meßwesen und Warenprüfung – ASMW) деп аталды; атауы ГДР-дың бұл басқармасының Германия Федеративтік Республикасындағы (ФРГ) PTB-ге қарағанда стандарттау және сапаны қамтамасыз ету саласындағы, сондай-ақ Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung (BAM) институтының қызмет саласындағы қосымша міндеттермен кең ауқымды қызметтер атқарғанын көрсетеді.

Өсу және қайта бірігу

Жас ПТБ құрылғаннан кейінгі жылдары қызметкерлер саны және қаржы ресурстары жағынан да қарқынды өсті. Оның ғылыми метрологиялық бейіні ғана емес, сонымен қатар өнеркәсіпке көрсетілетін қызметтер спектрі, әсіресе өлшеу құралдарын калибрлеу түрінде кеңейтілді. 1970 жылдары бұл Deutscher Kalibrierdienst (Германияның калибрлеу қызметі) құрылуына әкелді, ол аккредиттелген, жекеменшік зертханаларға қызметтерді жүктеді және ПТБ-ге күрделірек өлшемдерге шолу жасауға мүмкіндік берді. 1967 жылдан 1995 жылға дейін ПТБ Брауншвейг тәжірибелік-зерттеу реакторын басқарды. Бұл реактор, ең алдымен, ядролық энергияны зерттеу үшін емес, фундаменталды зерттеулер үшін нейтрон көзі ретінде пайдаланылды. ПТБ 1977 жылдан 1989 жылға дейін осы күмәнді мәселемен айналысты, себебі оған «радиоактивті қалдықтарды ұзақ мерзімді басқару және кездеру» міндеті жүктелген болатын. Кейіннен, жаңадан құрылған «Bundesamt für Strahlenschutz» (Федералдық радиациялық қауіпсіздік агенттігі) осы салаға иелік етті. Бүгінде ПТБ-ның 6-бөлімі иондаушы сәулеленумен айналысады. Бұл бөлімге 50 жылдан бері жер бетіндегі ауадағы радиоактивті заттарды өлшеп келе жатқан радионуклидтерді іздеудің жоғары сезімтал станциясы да кіреді. 1990 жылы Германиядағы «Венде» («саяси өзгерістер») «метрологиядағы қайта біріктіруге» алып келді. ПТБ бұрынғы ГДР-дың Стандарттау, метрология және сапаны бақылау басқармасы (ASMW) бөлімдерін, оның ішінде 400 қызметкерді және Берлин Фридрихсхагендегі учаскені қосымша кеңсе ретінде қабылдады (кейіннен ол учаске қайтадан бас тартылды). ASMW-ның қалған бөлімдері BAM-ға енгізілді. Бірлесуден кейінгі күрт кеңеюге қарамастан, ПТБ қазіргі таңда әлемдегі ірі ұлттық метрология институттарының қатарында. Осы ретте, ол физикалық шамаларды іске асыру және таратуға жауапты, сонымен қатар метрологияның бүкіл әлемдік біртіндемелігін ілгерілетеді.

Журналдар

"Maßstäbe" ПТБ журналының осы уақытқа дейін шыққан саны: № № АтауыТәржімеШығарылған күні1Бірлік өлшемдеріҚыркүйек 20012Спорт өлшемдеріМаусым 20023Жарыққа қарайАқпан 20034Кездейсоқтықтың лабиринтындеЖелтоқсан 20035Шағын өлшемдерЖелтоқсан 20046Қазіргі заманғы тарихтарҚыркүйек 20057ӨзгермейтінҚыркүйек 20068Ішкі көріністерҚазан 20079КөрсеткіштерҚараша 200810Лабораториядағы адамдарЖелтоқсан 200911Өлшеу күштеріМамыр 201112КезеңдерМаусым 201313Күнделікті өмірде шамалылықЖылдызқұм 201614Баршаға арналған өлшемдерҚараша 2018Жыл сайын шамамен бір рет жарияланатын "Maßstäbe" ПТБ журналына тегін жазылуға болады немесе оны ПТБ интернет-беттерінен жүктеуге болады. Онда физикалық шамалар туралы мақалалар жарияланады. Бұл мақалалар жалпы оқырмандар үшін түсінікті және ақпаратты болуға тиіс. Сонымен қатар, ПТБ жылына үш рет "PTB news" ғылыми ақпараттық бюллетенін шығарады. Төрт беттен тұратын бұл бюллетеньде "Метрология негіздері", "Өнеркәсіп үшін қолданбалы метрология", "Медицина және қоршаған ортаны қорғау", "Қоғам үшін метрология" және "Халықаралық қатынастар" салаларындағы жаңалықтар қамтылған. "PTB news" неміс және ағылшын тілдерінде жарияланады. "PTB Mitteilungen" – метрологиялық мамандық журналы және ПТБ-ның ресми ақпараттық бюллетені. Ол жылына төрт рет шығарылады және ПТБ-ның қызмет салаларындағы метрологиялық тақырыптар бойынша түпнұсқа ғылыми мақалалар мен шолу мақалаларын қамтиды. Әр том бірнеше тақырыпқа арналған. Ресми ақпараттық бюллетень ретінде журналдың тарихы ұзаққа соққандығын, ол 1887 жылы құрылған Физикалық-техникалық рейхсанстаттың (ПТР – Императорлық техникалық физикалық институт) бастапқы кезеңдеріне дейін жетеді. 2014 жылға дейін "PTB Mitteilungen" ПТБ берген типтік мақұлдамалар, сондай-ақ ПТБ жүргізген сынақтар мен сәйкестік бағалауларының ресми бюллетені болып табылды, олар жеке бөлімде жарияланды ["Amtliche Bekanntmachungen" ("Ресми хабарламалар") деген атаумен]. 2015 жылғы 1 қаңтардан бастап күшіне енген жаңа Шаралар және тексеру заңымен және жаңа Шаралар және тексеру ережелерімен аталған хабарламалардың заңдық негізі жойылды. Сондықтан, 2015 жылдан бастап "PTB Mitteilungen" – таза метрологиялық мамандық журналы және енді "Ресми хабарламалар" жарияламайды.

Қызметкерлер

PTR және PTB қызметкерлері, басқалармен қатар: Удо Адельсбергер, Вальтер Боте, Курт Дибнер, Герхард Вильгельм Бекер, Эрнст Энгельхард, Абрахам Исау, Эрнст Гехрке, Ханс Гейгер, Вернер Гитт, Юген Гольдштейн, Эрнст Карл Адольф Гумлих, Герман фон Гельмгольц, Фриц Хеннин, Фридрих Георг Гутерманс, Макс Якоб, Хеллмут Кейтер, Дитер Кинд, Ханс Отто Кнезер, Фридрих Вильгельм Кольрауш, Вильгельм Кёстерс, Бернхард Антон Эрнст Крамер, Йоханнес Крамер, Август Кунт, Макс фон Лауэ, Карл фон Линде, Леопольд Лёвенгерц, Отто Луммер, Вальтер Мейдингер, Вальтер Майсснер, Франц Милиус, Вальтер Нернст, Роберт Оксенфельд, Фридрих Пашен, Маттиас Шеффлер, Адольф Шейбе, Харальд Шеринг, Райнхард Шерм, Иоганнес Штарк, Ульрих Стилле, Ида Такке, Готтхольд Рихард Вивег, Рихард Вахсмут, Эмиль Варбург, Вильгельм Вин.