Znanstvenici moraju provoditi sofisticiranija mjerenja budući da se tehnologija smanjuje do nanoskale te se suočavamo s globalnim izazovima koji su posljedica klimatskih promjena
POUZDANIJE I TOČNIJE MJERE
Napredak znanosti zahtjeva sve preciznije skale za mjerenje
S obzirom na to da industrija sve više djeluje na nanometarskoj skali (nanometar je milijarditi dio metra), javlja se potreba za pouzdanijim i točnijim mjerenjima stvari koje jedva vidimo. Za to je potrebno mjeriteljstvo, znanost o mjerenju.
Mjeriteljstvo na nanometarskoj skali korisno je u svakodnevnom životu, primjerice za mjerenje doze lijeka ili za kreiranje računalnih čipova za digitalne uređaje.
- Mjeriteljstvo je potrebno gdje god se vrše mjerenja ili gdje se mjerenja žele usporediti - navodi Virpi Korpelainen, viša znanstvenica na Tehničkom istraživačkom centru Finske i Nacionalnom institutu za mjeriteljstvo u Espoou u Finskoj.
Još od ranih civilizacija, standardizirana i dosljedna mjerenja bila su ključna za neometano funkcioniranje društva. Nekada davno, kao fizikalna veličina, koristilo se mjerenje tijelom.
Najstarija poznata jedinica bila je lakat, a bio je otprilike dužine podlaktice. Rimljani su koristili prste i stopala u svojim mjernim sustavima, a priča se da je engleski kralj Henrik I. (1068. – 1135.) pokušao standardizirati jard kao udaljenost od svog nosa do palca.
Standardne jedinice
Standardizacija zahtijeva precizne definicije i dosljedna mjerenja. Radi veće točnosti, Komisija francuske vlade je u 1790-ima standardizirala metar kao osnovnu jedinicu duljine. Ovime je Europa pokrenula put do standardiziranog međunarodnog sustava jedinica (SI) koji se odonda razvija.
Od 2018. godine redefinirane su neke ključne definicije mjernih jedinica. Kilogram, amper, kelvin i mol sada se temelje na temeljnim konstantama u prirodi umjesto na fizičkim modelima. Razlog je taj što se s vremenom fizički modeli mijenjaju, kao što se i dogodilo s kilogramom, koji je izgubio sićušnu količinu mase tijekom 100 godina otkako je stvoren. Uz ovaj novi pristup koji je usvojen nakon godina pomnih znanstvenih promatranja, definicije se neće mijenjati.
Ovu evoluciju često pokreće nevjerojatno sofisticirana znanost, koja je poznata samo mjeriteljima i koja uključuje brzinu svjetlosti u vakuumu (metar), brzinu radioaktivnog raspada (vrijeme) ili Planckovu konstantu (kilogram), a sve navedeno upotrebljava se za kalibriranje ključnih mjernih jedinica prema SI-ju.
- Kada kupe instrument za mjerenje, ljudi obično ne razmišljaju o tome odakle dolazi skala - navodi Korpelainen. To se odnosi i na znanstvenike i inženjere.
Nekoć su spadale pod područje znanstvenih istraživača, no nanoskale sve su važnije i u industriji. Nanotehnologija, računalni čipovi i lijekovi obično se oslanjaju na vrlo precizna mjerenja na iznimno malim skalama.
Čak i najrazvijenije mikroskope treba kalibrirati, što znači da se moraju poduzeti koraci za standardizaciju njegovih mjerenja vrlo sićušnih stvari. Korpelainen i njezini kolege iz Europe rade na razvoju poboljšanih mikroskopa atomske sile (AFM) u tekućem projektu pod nazivom MetExSPM.
AFM je vrsta mikroskopa koja se toliko približi uzorku da gotovo može prikazati njegove pojedinačne atome.
- U industriji su ljudima radi kontrole kvalitete te za kupovanje komponenti od podizvođača potrebna mjerenja koja se mogu slijediti - kaže Korpelainen.
Projekt će omogućiti AFM mikroskopima da pouzdano mjere na rezoluciji nanoskale uz pomoć skeniranja velikom brzinom, čak i na relativno velikim uzorcima.
- Industriji je potrebna AFM rezolucija ako želi mjeriti udaljenosti između vrlo malih struktura - kaže Korpelainen. Istraživanja AFM-a otkrila su da na ovoj skali lako događaju pogreške u mjerenju i da one mogu iznositi i do 30 posto.
Potražnja za malim, sofisticiranim uređajima visokih performansi znači da nanoskala postaje sve važnija. Korpelainen je koristila AFM mikroskop i lasere za kalibriranje precizne skale za druge mikroskope.
Koordinirala je i projekt 3DNano, za mjerenje 3D predmeta koji nisu uvijek savršeno simetrični na nanoskali. Precizna mjerenja takvih predmeta podupiru razvoj nove tehnologije u medicini, skladištenju energije te istraživanju svemira.
Radonski tok
Dr. Annette Röttger, nuklearna fizičarka iz Njemačkog instituta za mjeriteljstvo (PTB) zanima mjerenje radona, radioaktivnog plina bez boje, mirisa i okusa.
Radon je prirodno prisutan. Potječe od raspadajućeg urana ispod tla. Općenito, plin curi u atmosferu i bezopasan je, ali može doseći opasne razine kada se nakupi u stambenim prostorima, te potencijalno uzrokovati bolesti kod stanovnika.
No, postoji još jedan razlog zašto je dr. Röttger zainteresirana za mjerenje radona. Smatra da to može poboljšati mjerenje važnih stakleničkih plinova (GHG).
- Količine metana i ugljičnog dioksida mogu se vrlo precizno izmjeriti u atmosferi, no nije moguće reprezentativno izmjeriti tok tih plinova kada izlaze iz tla - navodi Röttger.
'Tok' je stopa curenja plina. Radi se o korisnom mjerenju za praćenje količine drugih stakleničkih plinova, kao što je metan koji također curi iz tla. Mjerenja metana koji izlazi iz tla su promjenjiva, tako da će se jedno mjesto razlikovati od drugog samo nekoliko koraka dalje. Protok plina radona iz tla usko prati protok metana, štetnog stakleničkog plina prirodnog i ljudskog porijekla.
Kada porastu emisije plina radona iz tla, porastu i razine ugljičnog dioksida i metana.
- Radon je homogeniji i postoji visoka korelacija između radona i ovih stakleničkih plinova. Istraživački projekt za njegovo proučavanje zove se traceRadon - navodi Röttger.
Radon se mjeri svojom radioaktivnošću, ali zbog niske koncentracije vrlo ga je teško izmjeriti.
- Nekoliko uređaja uopće neće djelovati, pa se dobije nulta vrijednost očitanja jer se nalazi ispod granice detekcije - kaže Röttger.
Ponovna uspostava močvarnih područja
Mjerenje istjecanja radona omogućuje znanstvenicima modeliranje stope emisija u krajoliku. To može biti korisno za mjerenje učinaka mjera ublažavanja klimatskih promjena. Primjerice, istraživanje ukazuje da brza ponovna uspostava isušenog tresetišta pohranjuje staklenički plin i ublažava klimatske promjene.
- Međutim, ako ponovno uspostavite veliku močvaru, htjet ćete znati je li bilo uspješno - navodi Röttger i dodaje da 'ako je bilo uspješno za te stakleničke plinove, trebali bismo zabilježiti i manje istjecanja radona. Ako ne zabilježimo manje istjecanja radona, znači da nije bilo uspješno'.
Uz preciznije kalibriranje, projekt će poboljšati mjerenja radona na velikim geografskim područjima. To se također može upotrebljavati za poboljšanje radioloških sustava ranog upozorenja u europskoj mreži za praćenje pod nazivom Europska platforma za razmjenu radioloških podataka (EURDEP).
- Primamo mnogo lažnih uzbuna (zbog radona), a možda zbog toga i propustimo pravu uzbunu - kaže Röttger.
- Možemo unaprijediti ovu mrežu, a to postaje sve važnije za mjeriteljsku podršku upravljanju radiološkim hitnim situacijama - objašnjava.
S obzirom na intenzitet klimatske krize, ključno je dostaviti pouzdane podatke donositeljima politika, dodaje Röttger. To će biti od velike pomoći kod suočavanja s klimatskim promjenama, što je vjerojatno najveća prijetnja s kojom se čovječanstvo suočilo otkako je lakat prvi put korišten kao mjerna jedinica u starom Egiptu prije više od 3000 godina.
Istraživanja u ovom članku financira EU. Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
Sve što je bitno, na dohvat ruke
Skini aplikaciju za najbolje iskustvo portala. Čitaj, komentiraj i budi uvijek u toku s najnovijim vijestima.
Odaberi temu koju želiš pratiti
Primaj sve nove vijesti o temi i budi u tijeku
