Physikalisch -Technische Bundesanstalt ( PTB ) — национальный метрологический институт Федеративной Республики Германия с задачами научного и технического обслуживания. Это высший федеральный орган и публично-правовое учреждение, находящееся под непосредственным контролем федерального правительства, без правоспособности, под эгидой Федерального министерства экономики и борьбы с изменением климата .
Вместе с NIST в США и NPL в Великобритании PTB входит в число ведущих метрологических институтов в мире. Как Национальный метрологический институт Германии, PTB является высшим и единственным органом Германии в области правильных и надежных измерений. Закон о единицах и времени ( Bundesgesetzblatt , том 2008 г., часть I, № 28, стр. 1185 и далее, 11 июля 2008 г.) возлагает все задачи, связанные с реализацией и распространением единиц, на PTB. Все юридически значимые аспекты, касающиеся единиц, а также обязанности PTB, были объединены в этом Законе. Ранее все вопросы, касающиеся единиц, а также роли PTB, были распределены между тремя законами: Законом о единицах, Законом о времени и Законом о поверке.
PTB состоит из девяти научно-технических подразделений (два из них в Берлине), которые подразделяются примерно на 60 отделов. Они, в свою очередь, подразделяются на более чем 200 рабочих групп. Задачи PTB следующие: определение фундаментальных и естественных констант; реализация, поддержание и распространение юридических единиц SI; и технологии безопасности. Этот спектр задач дополняется такими службами, как Немецкая служба калибровки ( Deutscher Kalibrierdienst , DKD) и метрология для регулируемой законом области, метрология для промышленности и метрология для передачи технологий. В качестве основы для своих задач PTB проводит фундаментальные исследования и разработки в области метрологии в тесном сотрудничестве с университетами, другими научно-исследовательскими институтами и промышленностью. В PTB работает около 1900 сотрудников. Общий бюджет составляет около 183 миллионов евро; в 2012 году около Кроме того, 15 миллионов евро были привлечены в качестве сторонних средств для исследовательских проектов. [3]
Закон о единицах и времени также возлагает на PTB, в частности, распространение законного времени в Германии. Чтобы иметь для этого временную основу, PTB эксплуатирует несколько атомных часов (в настоящее время двое цезиевых часов и, с 1999 и 2009 годов, соответственно, двое цезиевых фонтанных часов [4] ). По распоряжению PTB синхронизация часов по радио осуществляется через передатчик сигнала времени DCF77, эксплуатируемый Media Broadcast. Компьютеры, подключенные к Интернету, могут получать время также через три публичных сервера времени NTP, эксплуатируемых PTB. [5]
В Берлин-Адлерсхофе PTB эксплуатирует накопитель электронов MLS (Metrology Light Source) для калибровок в полевых условиях от инфракрасного (ТГц) до крайнего ультрафиолетового (EUV) диапазона.
Департамент Q.5 «Техническое сотрудничество» реализует проекты немецкого и международного сотрудничества в области развития в области инфраструктуры качества. Эти мероприятия способствуют повышению конкурентоспособности, а также защите окружающей среды и защите прав потребителей в развивающихся странах и странах с переходной экономикой. [6] Одной из задач Департамента «Метрологическая информационная технология» PTB — в соответствии с немецким Постановлением об азартных играх (§ 11 и далее SpielV) — является выдача утверждений типа для игровых автоматов, которые предлагают возможность получения выигрышей. Кроме того, согласно Федеральному постановлению о машинах для голосования, PTB отвечает за утверждение типа компьютеров для голосования. [7] Однако это спорно, поскольку в решении от 3 марта 2009 г. [8] Федеральный конституционный суд объявил использование таких машин для голосования недопустимым.
Оружие, которое может носиться с сертификатом Minor Firearms Certificate, т. е. оружие для стрельбы холостыми или раздражающими патронами, а также оружие, используемое в качестве сигнальных устройств, требует маркировки PTB для своего одобрения. Иногда такое оружие также совместно именуется «оружием PTB» и имеет маркировку PTA или PTB F (см. также: Закон о испытательных испытаниях оружия и боеприпасов).
Основное местонахождение PTB находится в Брауншвейге (Лендорф-Ватенбюттель). Другие места находятся в Берлин-Шарлоттенбурге и Берлин-Адлерсхофе . Подразделения 1-6, а также подразделение Q расположены в Брауншвейге. В Берлин-Шарлоттенбурге расположены подразделения 7 и 8, а в Берлин-Адлерсхофе два электронных накопителя BESSY II и Metrology Light Source (MLS); последний находится в лаборатории Вилли Вина.
PTB возглавляется Президентским советом в Брауншвейге, который состоит из президента, вице-президента и еще одного члена. Другим исполнительным комитетом является Конференция директоров, членами которой являются Президентский совет и главы отделений. PTB консультируется Кураториумом ( Консультативный совет PTB), который состоит из представителей науки, экономики и политики.
PTB состоит из следующих девяти подразделений: [9] [10]
Двумя существенными факторами, которые привели к основанию Physikalisch-Technische Reichsanstalt (Императорского физико-технического института – PTR), были определение международно-действительных, единых мер в Метрической конвенции 1875 года и динамичное промышленное развитие Германии в 19 веке. Уже во время франко-германской войны (1870/71) в Германии стал очевиден застой в научной механике и науке о приборах. Для промышленного производства требовалась все более точная метрология. Значительное влияние на инициативу по созданию государственного института метрологии в целях продвижения национальных интересов экономики, торговли и армии оказала, в частности, развивающаяся электротехническая промышленность под руководством изобретателя и промышленника Вернера фон Сименса . В отличие от единиц длины и веса, в то время в области электрической метрологии не существовало признанных методов и стандартов. Отсутствие надежных и проверяемых методов измерения для реализации электрических (и других) единиц измерения было насущной научной и экономической проблемой.
В 1872 году некоторые прусские естествоиспытатели объединили свои усилия и потребовали создания государственного института для решения этой проблемы. Причиной этого было то, что такая задача была с научной точки зрения слишком амбициозной для промышленных лабораторий и, кроме того, невыгодной для них, а классические учебные заведения также не подходили для этой задачи. К числу сторонников «Меморандума Шелльбаха» (названного в честь его автора Карла Генриха Шелльбаха) относились, в частности, Герман фон Гельмгольц и математик и физик Вильгельм Ферстер . [11] Пруссия, однако, поначалу отклонила их требования.
Лишь несколько лет спустя Вернер фон Сименс и Герман фон Гельмгольц, «отцы-основатели» PTR, смогли воплотить в жизнь свою идею — создание научно-исследовательского института, который должен был оптимальным образом связать научные, технические и промышленные интересы. Наконец, 28 марта 1887 года рейхстаг одобрил первый годовой бюджет PTR — создание первого финансируемого государством, внешнего университета, крупного научно-исследовательского учреждения в Германии, которое сочетало бесплатные фундаментальные исследования с услугами для промышленности. Вернер фон Сименс уступил частную землю в Берлине-Шарлоттенбурге Рейхсанштальту. Герман фон Гельмгольц стал его первым президентом. В то время в PTR работало 65 человек — среди них более дюжины физиков — которые распоряжались бюджетом в 263 000 рейхсмарок. [12] В первые десятилетия своего существования PTR удалось привлечь в качестве сотрудников видных учёных и членов Куратория, среди которых были Вильгельм Вин , Фридрих Кольрауш , Вальтер Нернст , Эмиль Варбург , Вальтер Боте , Альберт Эйнштейн и Макс Планк .
Первое выдающееся научное достижение PTR также было тесно связано с именем Макса Планка. Чтобы решить, что будет более экономичным для уличного освещения в Берлине — электричество или газ, PTR должен был разработать более точный стандарт для силы света. Для этой цели в 1895 году Отто Люммер и Вильгельм Вин разработали первый резонаторный излучатель для практического получения теплового излучения. Их измерения спектра излучения черного тела были настолько точными, что противоречили закону излучения Вина на длинных волнах. Это заставило пошатнуться один из краеугольных камней классической физики того времени. Измерения побудили Макса Планка к решительному порыву разделить тепловое излучение — в «акте отчаяния», как он позже заявил, — на отдельные порции. Это было рождением квантовой физики.
В 1914 году президент PTR Эмиль Варбург прекратил разделение на физическое и техническое отделения и реструктурировал PTR в отделения оптики, электричества и тепла с подразделениями чисто научного и технического характера. При преемнике Варбурга Вальтере Нернсте в PTR был дополнительно интегрирован Имперский институт мер и весов (RMG). Новое отделение переняло у RMG обширные задачи в отношении системы проверки, а также измерений длины, веса и объема, связанных с системой проверки. Таким образом, профиль задач был похож на профиль задач PTB сегодня: посредством собственных исследований и разработок, а также посредством услуг, основанных на этом, PTR должен был обеспечить единообразие метрологии и ее непрерывное дальнейшее развитие. Что касается содержания, то PTB в то время был посвящен так называемой Новой физике . Это включало, среди прочего, исследования недавно открытых рентгеновских лучей, новых атомных моделей, специальной теории относительности Эйнштейна, квантовой физики (основанной на уже упомянутой работе по черному излучателю) и исследование свойств электрона. Ученые, такие как Ганс Гейгер, который основал первую лабораторию радиоактивности PTR, были вовлечены в эту исследовательскую работу. Вальтеру Мейсснеру удалось сжижить гелий , что привело его к открытию сверхпроводимости ряда металлов. В этой связи он несколько лет спустя – вместе со своим коллегой Робертом Оксенфельдом – осознал, что сверхпроводники обладают свойством вытеснять из своей внутренней части магнитное поле , которое было приложено извне – эффект Мейсснера-Оксенфельда. [13]
С назначением Иоганнеса Штарка президентом 1 мая 1933 года идеология национал-социализма проникла в PTR. Убежденный сторонник немецкой физики прекратил различные исследовательские проекты по вопросам современной физики, которые он называл «еврейскими», среди них, в частности, работы по квантовой физике и теории относительности . Штарк также пытался навязать « принцип фюрера » (Führerprinzip) в PTR: в 1935 году он распустил Кураториум и сам взял на себя его полномочия. Еврейские сотрудники и критики НСДАП ( такие как Макс фон Лауэ ) были уволены. После Второй мировой войны фон Лауэ участвовал в повторном основании PTB. Альберт Эйнштейн , которого выгнали из Куратория еще до его роспуска, разорвал связи с PTR/PTB.
Под руководством Штарка и — после 1939 года — его преемника Авраама Эсау PTR полностью посвятила себя исследованиям в области вооружения. Недавно созданная лаборатория акустики должна была исследовать не только общие — но и в основном военные — области применения. Это включало, среди прочего, акустическое обнаружение артиллерии, военное использование ультразвука и разработку процедур декодирования. Кроме того, исследователи PTR разработали акустические мины и систему управления для торпед, которая ориентировалась на звуковое поле движущихся кораблей. [14] Благодаря своим классическим метрологическим задачам PTR также был тесно связан с военной промышленностью Третьего рейха. Поскольку точные измерения являются основным требованием для производства военной техники, PTR приобрел ключевую роль в производстве вооружения и обороне. [15] Степень, в которой PTR также был вовлечен в немецкий проект ядерного оружия, является спорной. Однако известно, что — до своего пребывания на посту президента PTR — Авраам Эсау руководил — до 1939 года — группой исследователей, занимающихся ядерным делением. Позже он занялся областью специализации «деление ядра» в Исследовательском совете Рейха, который с весны 1942 года курировал немецкий урановый проект. Вскоре после этого Герман Геринг подчинил рабочую группу бывшего физика ПТР Курта Дибнера Отделу V по атомной физике в ПТР. Эсау получил звание «Уполномоченный представитель рейхсмаршала по ядерной физике», пост, который он, однако, уступил Вальтеру Герлаху уже в конце 1943 года. [16]
Чтобы избежать бомбардировок союзников , в 1943 году PTR был передислоцирован по инициативе президента и тайного советника Тюрингии Авраама Эсау [17] в разные места Германии (например, в Вайду и Роннебург в Тюрингии и в Бад-Вармбрунн в Нижней Силезии). Во время нападений на Берлин здания PTR были сильно повреждены. В 1945 году Рейхсанштальт был фактически разрушен, а немногие отделы, которые все еще существовали, были разбросаны по всей стране.
Примерно с 1947 года в дополнение к PTR в Берлине-Шарлоттенбурге были созданы институты-преемники, то есть один в Восточном Берлине — для советской оккупационной зоны — и один в Бизоне — а позже в Тризоне . При благонамеренной поддержке британского военного правительства части старого Рейхсанштальта были созданы в Брауншвейге. Идея этого переоснащения была разработана бывшим советником PTR по теоретической физике Максом фон Лауэ еще во время его интернирования в Фарм-Холле . В 1947 году ему удалось убедить британские власти предоставить бывший Luftfahrtforschungsanstalt (Институт авиационных исследований) в Фёлькенроде близ Брауншвейга в распоряжение преемника PTR. В 1948 году Вильгельм Кёстерс, который много лет был директором Отдела 1 в Берлине, стал его первым президентом. Многие бывшие сотрудники PTR из Берлина , Вайды и Гейдельберга последовали за ним в Брауншвейг. Новый институт получил название ꞋꞋPhysikalisch-Technische AnstaltꞋꞋ (PTA), а с 1 апреля 1950 года — ꞋꞋPhysikalisch-Technische BundesanstaltꞋꞋ. В 1953 году западноберлинский PTR был интегрирован в этот институт как ꞋꞋBerlin InstituteꞋꞋ, при этом сохраняя статус Берлина как государства четырех держав.
В Германской Демократической Республике (ГДР) обосновалось Deutsches Amt für Maß und Gewicht (DAMG) с главным офисом в Берлине. После нескольких переименований этот институт в последние годы ГДР получил название Amt für Standardisierung, Meßwesen und Warenprüfung (Управление по стандартизации, метрологии и контролю качества – ASMW); само название указывает на то, что это ведомство ГДР имело более обширные задачи, чем PTB в Федеративной Республике Германии (ФРГ), а именно дополнительные задачи в области стандартизации и обеспечения качества и в сфере деятельности Bundesanstalt für Materialforschung und -püfung (BAM).
Молодой PTB быстро рос в годы после своего основания – как в плане персонала, так и в плане финансовых ресурсов. Расширился не только его научный метрологический профиль, но и палитра услуг, предоставляемых промышленности, в частности, в форме калибровки измерительных приборов. В 1970-х годах это привело к основанию Deutscher Kalibrierdienst (Немецкой службы калибровки), которая делегировала задачи обслуживания аккредитованным частным лабораториям и позволила PTB сосредоточиться на более сложных измерительных задачах.
С 1967 по 1995 год PTB управлял экспериментальным и исследовательским реактором в Брауншвейге. Этот реактор служил, в частности, источником нейтронов для фундаментальных исследований , а не для изучения ядерной энергии. PTB занимался этой спорной темой с 1977 по 1989 год, прежде всего из-за того, что ему была поручена задача «долгосрочного управления и утилизации радиоактивных отходов» [18] . Позже эта область работы перешла в ″Bundesamt für Strahlenschutz″ ( Федеральное ведомство по радиационной защите ) после того, как оно было вновь создано. Сегодня Отдел 6 PTB занимается ионизирующим излучением в целом. Сюда также входит высокочувствительная станция для исследования следов радионуклидов, которая измеряет радиоактивные вещества в приземном воздухе более 50 лет. [19]
« Wende » («политические перемены») в Германии в 1990 году также привели к «воссоединению в метрологии». PTB взял на себя части ASMW (Управление по стандартизации, метрологии и контролю качества бывшей Германской Демократической Республики), среди них 400 сотрудников, и участок Берлин-Фридрихсхаген в качестве дополнительного полевого офиса (с тех пор он был снова передан). Другие части ASMW были интегрированы в BAM . Несмотря на фазу сокращений персонала — после сильного расширения после воссоединения — PTB сегодня входит в число крупнейших национальных метрологических институтов в мире. Как таковой, он отвечает за реализацию и распространение физических единиц и содействует всемирному единообразию метрологии.
Журнал PTB maßstäbe , который выходит примерно раз в год, можно подписаться бесплатно или загрузить с интернет-страниц PTB. [21] Он содержит статьи о физических величинах. Эти статьи предназначены для того, чтобы быть понятными и информативными для широкой публики.
Кроме того, PTB выпускает три раза в год научно-информационный бюллетень PTB-news. На четырех страницах он содержит новости из областей работы «Основы метрологии», «Прикладная метрология для промышленности», «Медицина и охрана окружающей среды», «Метрология для общества» и «Международные отношения». PTB-news публикуются на немецком и английском языках.
PTB-Mitteilungen — специализированный метрологический журнал и официальный информационный бюллетень PTB. Он выходит четыре раза в год и содержит оригинальные научные статьи, а также обзорные статьи по метрологическим вопросам из сфер деятельности PTB. Каждый том посвящен одной основной теме. Как официальный информационный бюллетень, журнал имеет давнюю традицию, которая восходит к истокам Physikalisch-Technische Reichsanstalt (Императорский технический физический институт — PTR, основанный в 1887 году). До 2014 года «PTB-Mitteilungen» был также официальным бюллетенем, в котором утверждения типа, выданные PTB, а также испытания и оценки соответствия, проведенные PTB, публиковались в его собственном разделе [под названием «Amtliche Bekanntmachungen» («Официальные заметки»)]. С новым Законом о мерах и проверке, который вступил в силу с 1 января 2015 года, и с новым Постановлением о мерах и проверке больше нет правовой основы для этих уведомлений. Таким образом, с 2015 года "PTB-Mitteilungen" является чисто метрологическим специализированным журналом и больше не публикует никаких "Официальных заметок". [22]
Президенты PTB и Физико-технического рейхсанштальта Берлин-Шарлоттенбург: [23]
Сотрудниками PTR и PTB были, среди прочих: Удо Адельсбергер, Вальтер Боте , Курт Дибнер , Герхард Вильгельм Беккер, Эрнст Энгельхард, Авраам Исау , Эрнст Герке , Ганс Гейгер , Вернер Гитт , Ойген Гольдштейн , Эрнст Карл Адольф Гумлих, Герман фон Гельмгольц , Фриц Хеннин, Фридрих Георг Хоутерманс , Макс Якоб , Хельмут Кейтер, Дитер Кайнд, Ганс Отто Кнезер, Фридрих Вильгельм Кольрауш, Вильгельм Кёстерс, Бернхард Антон Эрнст Крамер, Йоханнес Крамер, Август Кундт , Макс фон Лауэ , Карл фон Линде , Леопольд Левенгерц, Отто Люммер , Вальтер Майдингер, Вальтер Мейснер , Франц Милиус, Вальтер Германн Нернст , Роберт Оксенфельд , Фридрих Пашен , Маттиас Шеффлер, Адольф Шайбе, Харальд Шеринг , Райнхард Шерм, Йоханнес Старк , Ульрих Стилле, Ида Таке , Готхольд Рихард Видег, Рихард Ваксмут, Эмиль Варбург , Вильгельм Вен .
52°17′43″N 10°27′49″E / 52.29528°N 10.46361°E / 52.29528; 10.46361
.jpg/1280px-Braunschweig_PTB-Atomuhr_CS_4_(2012).jpg)
