Hal-hal kecil membuat perbedaan besar dalam ilmu pengukuran – Blog Majalah Horizon

Karena industri bekerja lebih dan lebih pada skala nanometer (nanometer adalah sepersejuta meter), ada kebutuhan untuk mengukur hal-hal yang hampir tidak dapat kita lihat dengan lebih andal dan akurat. Ini membutuhkan metrologi, ilmu pengukuran.

Metrologi skala nano berguna dalam kehidupan sehari-hari, misalnya untuk mengukur dosis obat atau dalam pengembangan chip komputer untuk perangkat digital kita.

‘Metrologi diperlukan di mana pun Anda melakukan pengukuran atau jika Anda ingin membandingkan pengukuran,’ kata Virpi Korpelainen, ilmuwan senior di Pusat Penelitian Teknis Finlandia dan Institut Metrologi Nasional di Espoo, Finlandia.

Sejak peradaban paling awal, pengukuran standar dan konsisten selalu penting untuk kelancaran fungsi masyarakat. Pada zaman kuno, kuantitas fisik seperti ukuran tubuh digunakan.

Salah satu satuan paling awal yang diketahui adalah hasta, yang kira-kira panjangnya satu lengan. Bangsa Romawi menggunakan jari dan kaki dalam sistem pengukuran mereka sementara cerita berlanjut bahwa Henry I dari Inggris (c 1068 – 1135) mencoba untuk membakukan yard sebagai jarak dari hidungnya ke ibu jarinya.

Satuan standar

Standardisasi menuntut definisi yang tepat dan pengukuran yang konsisten. Demi akurasi yang lebih besar, pada tahun 1790-an, komisi pemerintah Prancis menstandarisasi meter sebagai satuan dasar jarak. Ini membuat Eropa berada di jalur menuju sistem satuan dasar (SI) internasional terstandarisasi yang telah berkembang sejak saat itu.

Sejak 2018, beberapa definisi kunci unit pengukuran telah didefinisikan ulang. Kilo, ampere, kelvin, dan mol sekarang didasarkan pada konstanta dasar di alam, bukan model fisik. Ini karena seiring waktu, model fisik berubah seperti yang terjadi dengan model kilo, yang kehilangan sejumlah kecil massa selama 100 tahun setelah diciptakan. Dengan pendekatan baru ini, yang diadopsi setelah bertahun-tahun melalui ilmu yang cermat, definisi tidak akan berubah.

BACA JUGA :  50 tahun yang lalu, para pemimpin AS dan Soviet sepakat untuk berkolaborasi dalam sains

Evolusi ini sering didorong oleh sains yang sangat canggih, yang hanya dikenal oleh para ahli metrologi, seperti kecepatan cahaya dalam ruang hampa (meter), laju peluruhan radioaktif (waktu), atau konstanta Planck (kilogram), yang semuanya digunakan untuk mengkalibrasi unit kunci pengukuran di bawah SI.

‘Ketika Anda membeli alat ukur, orang biasanya tidak memikirkan dari mana timbangan itu berasal,’ kata Korpelainen. Ini berlaku untuk ilmuwan dan insinyur juga.

Setelah ranah ilmuwan penelitian, skala nano semakin penting dalam industri. Nanoteknologi, chip komputer, dan obat-obatan biasanya mengandalkan pengukuran yang sangat akurat pada skala yang sangat kecil.

Bahkan mikroskop yang paling canggih pun perlu dikalibrasi, artinya harus diambil langkah-langkah untuk menstandarisasi pengukurannya yang sangat kecil. Korpelainen dan rekan-rekannya di seluruh Eropa sedang mengembangkan mikroskop kekuatan atom (AFM) yang ditingkatkan dalam proyek berkelanjutan yang disebut MetExSPM.

AFM adalah jenis mikroskop yang sangat dekat dengan sampel, hampir dapat mengungkapkan atom individunya. ‘Dalam industri, orang membutuhkan pengukuran yang dapat dilacak untuk kontrol kualitas dan untuk membeli komponen dari subkontraktor,’ kata Korpelainen.

Proyek ini akan memungkinkan mikroskop AFM untuk melakukan pengukuran yang andal pada resolusi skala nano dengan menggunakan pemindaian berkecepatan tinggi, bahkan pada sampel yang relatif besar.

‘Industri membutuhkan resolusi AFM jika mereka ingin mengukur jarak antara struktur yang sangat kecil,’ kata Korpelainen. Penelitian tentang AFM telah mengungkapkan bahwa kesalahan pengukuran mudah terjadi pada skala ini dan dapat mencapai 30%.

Permintaan akan perangkat kecil, canggih, dan berkinerja tinggi membuat skala nano semakin penting. Dia menggunakan mikroskop AFM dan laser untuk mengkalibrasi skala presisi untuk mikroskop lain.

Dia juga mengoordinasikan proyek lain, 3DNano, untuk mengukur objek 3D skala nano yang tidak selalu simetris sempurna. Pengukuran yang tepat dari objek tersebut mendukung pengembangan teknologi baru di bidang kedokteran, penyimpanan energi dan eksplorasi ruang angkasa.

BACA JUGA :  Di dalam pusat konseling perguruan tinggi yang berjuang dengan krisis kesehatan mental siswa

Fluks radon

Dr Annette Röttger, fisikawan nuklir di PTB, lembaga metrologi nasional di Jerman tertarik untuk mengukur radon, gas radioaktif tanpa warna, bau, atau rasa.

Radon terjadi secara alami. Itu berasal dari peluruhan uranium di bawah tanah. Secara umum, gas bocor ke atmosfer dan tidak berbahaya, tetapi dapat mencapai tingkat berbahaya ketika menumpuk di tempat tinggal, berpotensi menyebabkan penyakit bagi penduduk.

Tapi ada alasan lain Röttger tertarik untuk mengukur radon. Dia percaya itu dapat meningkatkan pengukuran gas rumah kaca (GRK) yang penting.

‘Untuk metana dan karbon dioksida, Anda dapat mengukur jumlah di atmosfer dengan sangat tepat, tetapi Anda tidak dapat mengukur fluks gas-gas ini yang keluar dari tanah, secara representatif,’ kata Röttger.

‘Flux’ adalah laju rembesan gas. Ini adalah pengukuran yang membantu untuk melacak jumlah GRK lain seperti metana yang juga merembes keluar dari tanah. Pengukuran metana yang keluar dari tanah bervariasi, sehingga satu tempat akan berbeda beberapa langkah dari yang lain. Aliran gas radon keluar dari tanah mengikuti aliran metana, gas rumah kaca yang merusak baik yang berasal dari alam maupun manusia.

Ketika emisi gas radon dari tanah meningkat, tingkat karbon dioksida dan metana juga meningkat. ‘Radon lebih homogen,’ kata Röttger, ‘dan ada korelasi erat antara radon dan gas rumah kaca ini.’ Proyek penelitian untuk mempelajarinya disebut traceRadon.

Radon diukur melalui radioaktivitasnya tetapi karena konsentrasinya yang rendah sangat sulit untuk diukur. ‘Beberapa perangkat tidak akan berfungsi sama sekali, jadi Anda akan mendapatkan nilai pembacaan nol karena Anda berada di bawah batas deteksi,’ kata Röttger.

Pembasahan lahan basah

Mengukur pelepasan radon memungkinkan para ilmuwan untuk memodelkan laju emisi di atas lanskap. Ini dapat berguna untuk mengukur efek dari tindakan mitigasi iklim. Misalnya, penelitian menunjukkan bahwa pembasahan yang cepat dari lahan gambut yang dikeringkan menyimpan gas rumah kaca dan mengurangi perubahan iklim.

BACA JUGA :  Seberapa besar pengaruh makan daging terhadap emisi gas rumah kaca suatu negara?

Tetapi jika Anda bersusah payah membasahi kembali tanah rawa yang luas, ‘Anda pasti ingin tahu apakah ini berhasil,’ kata Röttger. ‘Jika berhasil untuk GRK ini, maka kita akan melihat lebih sedikit radon yang keluar juga. Jika tidak, maka itu tidak berhasil.’

Dengan kalibrasi yang lebih tepat, proyek ini akan meningkatkan pengukuran radon di wilayah geografis yang luas. Ini juga dapat digunakan untuk meningkatkan sistem peringatan dini radiologis di jaringan pemantauan Eropa yang disebut Platform Pertukaran Data Radiologi Eropa (European Radiological Data Exchange Platform/EURDEP).

‘Kami memiliki banyak alarm palsu (karena radon) dan kami bahkan mungkin melewatkan alarm karena ini,’ kata Röttger. ‘Kita dapat membuat jaringan ini lebih baik yang semakin penting untuk dukungan manajemen darurat radiologi oleh metrologi.’

Mengingat intensitas krisis iklim, sangat penting untuk menyajikan data yang dapat diandalkan bagi para pembuat kebijakan, tambah Röttger. Ini akan sangat membantu dalam mengatasi perubahan iklim, yang bisa dibilang merupakan ancaman terbesar yang dihadapi umat manusia sejak hasta pertama kali digunakan sebagai ukuran di Mesir kuno lebih dari 3.000 tahun yang lalu.

Penelitian dalam artikel ini didanai oleh Uni Eropa. Jika Anda menyukai artikel ini, silakan pertimbangkan untuk membagikannya di media sosial.

Leave a Reply

Your email address will not be published.