Z pomiarem do nanorozmiaru


22-08-2021 14:45:30

Z prof. dr. hab. Jackiem Semaniakiem. prezesem Głównego Urzędu Miar rozmawia Zygmunt Jazukiewicz.

- Od czasu powołania pierwszego Głównego Urzędu Miar (1919 r.) minęło ponad 100 lat. Co Pan uważa za najistotniejszą zmianę w działaniu takiego urzędu do dziś?

- GUM nigdy nie był „numerowany” jako pierwszy, drugi itd. Został utworzony w r. 1919 i jak każdy tego typu instytut zmieniał się z czasem, z postępem nauki, techniki i potrzeb, które zaspokajał. Niezależnie od uwarunkowań, w których przychodziło mu działać, stale – już od ponad stu lat - realizował swoją misję.

Zmieniał się pod każdym względem w tym samym niejako rytmie, w jakim zmieniały się uczelnie, przemysł, infrastruktura, i poziom życia społeczeństw.

GUM powstał jako instytucja, której zadaniem było dbać o  rzetelność miar w Polsce (w innych krajach takie instytuty powstawały w XIX w., a w Polsce po trzecim rozbiorze nie było to możliwe).

Jednocześnie GUM miał być krajowym odpowiednikiem (partnerem) Międzynarodowego Biura Miar oraz centralnym urzędem administracji rządowej, któremu podlegały okręgowe urzędy miar. Początkowo, tak jak w innych krajach, głównymi kierunkami działalności GUM były: wzorce jednostek miar, wzorcowanie przyrządów pomiarowych i prawna kontrola metrologiczna.

Ważnym aspektem była współpraca międzynarodowa w ramach Konwencji Metrycznej (podpisanej w  Sevres we Francji w r. 1875), którą Polska ratyfikowała w r. 1925. W r. 1955 Polska przystąpiła do Konwencji o Międzynarodowej Organizacji Metrologii Prawnej, której idea pojawiła się już w r. 1937, w czym istotny udział mieli wybitni przedstawiciele metrologii polskiej dr Zdzisław Rauszer i prof. Jan Obalski.

W r. 1999 GUM został sygnatariuszem MRA (porównywanego pod względem znaczenia dla światowej metrologii do Konwencji Metrycznej.)

Jeszcze przed przystąpieniem do UE, GUM został członkiem metrologicznych europejskich organizacji regionalnych EUROMET (później EURAMET) oraz WELMEC, przystępując także do międzynarodowych programów w metrologii naukowej, co przyczyniło się do przeorientowania aktywności w kierunku prac naukowo-badawczych. Znalazło to swój wyraz przy wdrażaniu nowych wzorców pomiarowych, w tym opartych na zjawiskach kwantowych, zapewniających najwyższą możliwą do osiągnięcia dokładność realizacji jednostek miar. Przykładem mogą być wzorce napięcia i rezystancji wykorzystujące zjawiska kwantowe w postaci efektu Josephsona i kwantowego efektu Halla, wymagające zastosowania unikatowej aparatury pomiarowej. Innym przykładem wzorca o najwyższej dokładności może być pierwotny wzorzec częstotliwości w postaci zegara atomowego wykorzystującego zjawisko fontanny cezowej czy wzorzec długości, w postaci stanowiska z laserem impulsowym nazywanym grzebieniem częstotliwości optycznych. Właściwe wykorzystywanie tych urządzeń wymaga stworzenia nowoczesnego zaplecza laboratoryjnego.

- Spróbujmy określić obecne miejsce metrologii w gospodarce i przemyśle.

- Żadne urządzenie, żadne narzędzie, ani żaden proces technologiczny nie mogą powstać bez pomiarów, a ich działanie i sterowanie nimi oparte jest na pomiarach. A pomiary te – aby ich wyniki nie były obarczone dyskwalifikującym je błędem – muszą być oparte na podstawach naukowych. Nawet przy produkcji przysłowiowego trzonka do łopaty. Mamy tu na myśli, rzecz jasna, zwłaszcza produkcję seryjną, przy której ważne są takie aspekty, jak zamienność i powtarzalność. (Chodzi tu dziedzinę inżynierii znaną jako „teoria tolerancji i zamienności części maszyn”.)

- Jak przyczynia się metrologia do wdrażania nowych jakościowo rozwiązań np. w elektronice czy biotechnologiach?

- Mówiąc o elektronice, już kilkadziesiąt lat temu wyróżniano w niej „układy” i „technologię”. W zastosowaniach przemysłowych, do postępu przyczyniała się – można powiedzieć: w megaskali – technologia. Od niej zależało, czy coś się da zrobić, czy jakaś idea da się zrealizować. Mówiąc o biotechnologiach eksponuje się – już w nazwie – aspekt technologii, choć ich poznawczo-naukowe podstawy i modele teoretyczne są co najmniej równie ważne.

W każdym razie w obu przypadkach mamy do czynienia z - jak czasem mówimy – mikro- czy nawet nanoskalą. Systemowe, wyspecjalizowane, niezawodne i dokładne pomiary są w technologii rzeczą zasadniczą, a w, np., nanotechnologii - sprawą kluczową. Kolejne etapy procesu technologicznego są realizowane przy bieżącej ich kontroli poprzez pomiar. A sterowanie jakością to metrologia w najczystszej postaci. 

- Mamy 20-lecie wejścia w życie nowej Ustawy. Na jakie nowe praktyki chciałby Pan położyć nacisk?

- Przemiany  społeczno–gospodarcze, rozwój nauki i technologii umożliwia i wymusza zmiany w definiowaniu nowych wzorców pomiarowych np. częstotliwości i czasu, długości, masy, oraz ich przekazywaniu. Chcemy i musimy być ważnym elementem światowego systemu tworzonego przez narodowe instytuty metrologiczne, w którym współpraca i konkurencja są nierozerwalnie ze sobą powiązane.

Zależy nam na wdrożeniem nowych kompetencji i funkcjonalności GUM w obszarze energii odnawialnej i jej wykorzystania, elektromobilności, transportu oraz technik satelitarnych, systemów nawigacyjnych, telemetrycznych, obserwacyjnych. Z drugiej strony aktywnie włączyć się w badania związane z intensywnym rozwojem nanotechnologii. Nie mniej ważnymi pozostają zagadnienia związane z rozwijaniem specjalizacji w zakresie materiałów odniesienia, ochrony i monitorowania stanu środowiska oraz medycyny, w której pomiar stanowi niezwykle istotny aspekt współczesnej diagnostyki i terapii.

- Jak Pan ocenia obecny wpływ GUM- na normalizację techniczną?

- Normalizacja i metrologia to dwie odrębne dziedziny, często błędnie utożsamiane. Metrologia i normalizacja uważane są dwa (spośród czterech) filary światowego systemu miar. Na poziomie operacyjnym metrologia i jej zasady są obecne w większości norm. Z drugiej strony metrologia niezwykle często odwołuje się do norm, które definiują spójne, jednolicie pod względem metodologicznym zdefiniowane, np.: metody postępowania w różnych dziedzinach, systemy wymagań, rozstrzygnięcia taksonomiczne, a także reguły badań, terminologię, metody badań, dane.

Normalizacja polska jest systemowo związana nie tylko z normalizacją europejską reprezentowaną przez CEN I CENELEC, ale także ze światową – reprezentowaną przez ISO i IEC.

Współpraca techniczna w zakresie normalizacji odbywa się na poziomie Komitetów Technicznych PKN, w wielu z nich GUM ma swych przedstawicieli, a niektóre komitety techniczne (KT ds. Metrologii Ogólnej, KT ds. Materiałów Odniesienia) powstały z inicjatywy przedstawicieli GUM.  

Np., Komitetowi Technicznemu ds. Metrologii Ogólnej od początku jego powstania przewodniczy przedstawiciel GUM. W związku z tym Przewodniki ISO dotyczące metrologii, a są to także publikacje normalizacyjne (Międzynarodowy Słownik Metrologii, Przewodnik wyrażania niepewności pomiarów), normy ISO i IEC dotyczące jednostek miar są wdrażane do polskiego zasobu normalizacyjnego, można rzec, „pod kierunkiem GUM”. 

Termin „normalizacja” odnosi się także, m.in., do wdrażania norm technicznych w produkcji przemysłowej; mówi się, np., o normalizacji (czasem zwanej „standaryzacją”) części wytwarzanych wyrobów. W tym zakresie – jeśli mowa o administracji publicznej - wpływ mogą mieć resorty ministerialne w swoich dziedzinach odpowiedzialności.

- Zapewne metody pomiarów także podlegają normalizacji europejskiej.

- Metody pomiarów bywają, istotnie, przedmiotem norm, ale raczej na zasadzie wypracowania przez ekspertów pewnego – należałoby powiedzieć – rozwiązania o charakterze metodologicznym, a nie „podlegania normalizacji”, co można by rozumieć jako swego rodzaju obowiązek podporządkowania się.

Pamiętać należy, że normy – co do zasady - nie mają charakteru obligatoryjnego, a ich stosowanie jest kwestią wyboru zainteresowanych podmiotów (np., gospodarczych, przemysłowych). W dziedzinie metrologii bywa też tak, że pewne organizacje międzynarodowe wybierają jakieś metody pomiarowe (ale także, np., badań) do stosowania w ramach swoich działań i wtedy wiąże się to - dla dobrowolnych uczestników tych działań - z obowiązkiem stosowania tych norm.

Czy, pana zdaniem konieczne i naturalne jest ujednolicenie metod pomiarowych?

- Realizacja zbiorowych działań w skali kraju, regionu czy w skali międzynarodowej (w tym zwłaszcza działań o charakterze systemowym) wymaga - z natury - jednolitości. (Np. bez jednolitych zasad w transporcie drogowym, kolejowym, wodnym czy powietrznym byłby on nie tylko trudny, ale i niebezpieczny dla pasażerów, przewoźników i towarów.)

Jednolitość w metrologii (w międzynarodowej terminologii metrologicznej mówi się o „jednolitości miar”, „uniformity of measurement”), nie tylko w zakresie procedur pomiarowych, ma jeszcze dodatkowy skutek w postaci jednolitości i porównywalności wyników pomiarów, co z kolei stanowi nie tylko korzyść doraźną, ale często i długotrwałą, która z kolei daje inne jeszcze pozytywne efekty, np., w zakresie bezpieczeństwa, czy jakości towarów i usług.

Ta szeroko rozumiana „jednolitość” jest możliwa dzięki krajowemu systemowi miar, którego podstawowym elementem jest Główny Urząd Miar. W każdym razie „ujednolicenie metod pomiarowych” jest wynikiem rozwiązań technicznych kreowanych w różnych obszarach krajowego systemu miar, a nie czymś „zadekretowanym” przez jakiś urząd, czy instytut.

Istotnym aspektem pomiarów w skali kraju, o którym trzeba tu koniecznie wspomnieć, jest „spójność pomiarowa”, która jest możliwa dzięki systemowym działaniom GUM. Dzięki temu możliwe jest uczestnictwo Polski w światowym systemie miar.

- Normy techniczne PN lub EN nie są obowiązkowe, ale trudno sobie wyobrazić, by metody pomiarów były dowolne?

Wybór metody czy procedury pomiaru wynika z przeznaczenia wyniku pomiaru oraz uwarunkowań technicznych. Pomiar powinien być zaplanowany i to wymaganie ma charakter bezwzględny, zwłaszcza w przypadku, gdy celem jest rzetelny pomiar, którego wynik ma być uznany przez „inne strony”. W planowaniu i realizacji pomiaru istotną rolę odgrywa przestrzeganie zasad „dobrej praktyki pomiarowej” („good measurement practice”).

- 20 maja obchodziliśmy Światowy Dzień Metrologii z tematem "Pomiary dla zdrowia". O jaki rodzaj pomiarów tu chodzi?

Temat obchodów Światowego Dnia Metrologii w tym roku został wybrany, aby zwrócić uwagę na znaczenie pomiarów w ochronie zdrowia.

Pomiary przyczyniły się do szybkiego opracowania testów na obecność wirusa i do potwierdzenia skuteczności działania środków ochrony indywidualnej. Z kolei walka z samym wirusem spowodowała rozwój niezawodnych i bezpiecznych szczepionek zależnych od dokładnej identyfikacji i pomiaru złożonych cząsteczek białka i RNA. Podstawowym wyzwaniem jest tu też mierzenie skuteczności dawek szczepionki.

W GUM opracowano, między innymi, metodę wzorcowania symulatorów ucha i sprzęgaczy akustycznych stosowanych w audiometrii, w tym metodę wyznaczania impedancji akustycznej symulatora ucha. W dziedzinie akustyki zapewnienie rzetelnych i wiarygodnych pomiarów infradźwięków pochodzących ze środowiska naturalnego lub wynikających z działalności człowieka to podstawowy cel prowadzonych tu prac. Z ich efektów będą korzystać polscy producenci aparatury akustycznej oraz instytucje badawczo-naukowe prowadzące badania hałasu infradźwiękowego zarówno na stanowiskach pracy, jak i w środowisku naturalnym.

Innym przykładem może być budowa wzorca pierwotnego dawki pochłoniętej w wodzie w polach promieniowania X i gamma. Główny efekt budowy stanowiska to zwiększenie bezpieczeństwa personelu i pacjentów leczonych metodą radioterapii, dzięki zapewnieniu dokładniejszego określania dawek promieniowania jonizującego stosowanego w leczeniu nowotworów źródłami zewnętrznymi. GUM wraz ze Świętokrzyskim Centrum Onkologii podjął współpracę badawczo-rozwojową na rzecz skuteczności i rzetelności wykorzystania metod diagnostycznych i terapeutycznych oraz wspierania innowacyjności technik radioterapii i dozymetrii w celu poprawy opieki zdrowotnej i ochrony pacjenta.

Pomiary w medycynie to obszerny temat, w który współczesna metrologia, a wraz z nią GUM, wkracza coraz mocniej.

- Dziękuję za rozmowę.

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl