@phdthesis{Fahr2008, author = {Fahr, Martin}, title = {Parasit{\"a}re W{\"a}rmefl{\"u}sse und Verunreinigungen in Reinstmetall-Fixpunktzellen der Internationalen Temperaturskala}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4639}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2008}, abstract = {Die internationale Temperaturskala von 1990 wird im Bereich von -38,8344°C bis 961,78°C neben dem Wasser- und dem Quecksilber-Tripelpunkt durch Schmelz- und Erstarrungstemperaturen von Reinstmetallen definiert. Die Unsicherheiten bei der Darstellung und Weitergabe der Basiseinheit Kelvin des Internationalen Einheitensystems in diesem Bereich (und somit auch der Einheit Grad Celsius und aller abgeleiteten Einheiten) werden dominiert von den Unsicherheiten der Realisierung dieser Fixpunkte und diese wiederum von einem Beitrag, der vom Einfluss in den Metallen gel{\"o}ster Verunreinigungen herr{\"u}hrt und bis jetzt nur pauschal abgesch{\"a}tzt wurde. Zwar wird versucht, noch reineres Fixpunktmetall zu verwenden, aber wesentliche Verbesserungen bez{\"u}glich der Reproduzierbarkeit der Fixpunkttemperaturen k{\"o}nnen nur durch eine Korrektion dieser Beitr{\"a}ge erreicht werden. Voraussetzungen f{\"u}r diese Korrektion sind nicht nur eine chemische Spurenanalyse der Fixpunktmetalle mit Unsicherheiten und Detektionsgrenzen am aktuellen technischen Limit, sondern auch die Kenntnis der Auswirkungen jeder einzelnen Verunreinigung auf die Fixpunkttemperatur. Diese Abh{\"a}ngigkeit der Phasen{\"u}bergangstemperatur von der Konzentration der jeweiligen Verunreinigung wird auf Grund fehlender Kenntnisse im Bereich kleinster Konzentrationen von 10^-9 bis 10^-5 (mol/mol) experimentell durch gezielte Dotierung der Fixpunktmetalle bestimmt. Um die dargestellten Probleme grundlegend zu l{\"o}sen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei verschiedene Fixpunktzelldesigns entwickelt. Beide erlauben eine Messung und Kontrolle des Drucks der Gasatmosph{\"a}re und sind außerdem wiederverschließbar, wodurch sie eine chemische Analyse des Fixpunktmaterials erm{\"o}glichen, das sich in der Zusammensetzung wesentlich von dem unterscheiden kann, mit dem die Zelle bef{\"u}llt worden ist. W{\"a}hrend der eine Zelltyp f{\"u}r Kalibrierzwecke konstruiert worden ist und den herk{\"o}mmlichen Zellen {\"a}hnelt, wurde der zweite Typ auf die Verwendung von deutlich weniger Fixpunktmetall hin optimiert, so dass er sich unter anderem gut f{\"u}r die erw{\"a}hnten Dotierungsexperimente eignet. Zun{\"a}chst allerdings bringen die Ver{\"a}nderungen im Design gegen{\"u}ber den {\"u}blichen Fixpunktzellen unvermeidlich eine Vergr{\"o}ßerung unerw{\"u}nschter parasit{\"a}rer W{\"a}rmefl{\"u}sse mit sich, welche als sogenannte thermische Effekte die gemessene Fixpunkttemperatur verf{\"a}lschen. Diese fallen bei der angestrebten Verwendung von h{\"o}chstreinem Fixpunktmetall relativ zu den anderen Einflussgr{\"o}ßen umso mehr ins Gewicht, deswegen wurde ihre Untersuchung zu einem weiteren Schwerpunkt der Arbeit. Dabei konnte ein Verfahren zur Quantifizierung und Korrektion und ein besseres Verst{\"a}ndnis dieser Effekte entwickelt werden, welche f{\"u}r Metallfixpunktzellen jeder Bauart n{\"u}tzlich sind. Im Ergebnis liegen die Unsicherheiten bei den Messungen mit den verkleinerten Zellen unver{\"a}ndert im Bereich weniger hundert Mikrokelvin. Die Zellen eignen sich daher sehr gut, die Beeinflussung der Phasen{\"u}bergangstemperatur der Metallfixpunkte durch die Dotierung mit anderen Elementen im Konzentrationsbereich von 10^-7 bis 10^-5 zu bestimmen. Bevor dies abschließend auch experimentell mit Untersuchungen an ausgew{\"a}hlten bin{\"a}ren Systemen gezeigt wird, werden thermodynamische Berechnungen dargestellt, die erstmals eine Vielzahl von m{\"o}glichen Verunreinigungen in den Fixpunktzellen ausschließen, so dass sich nicht nur die Anzahl zu untersuchender m{\"o}glicher Verunreinigungen in den Fixpunkten erheblich reduziert, sondern auch die Anzahl zu ber{\"u}cksichtigender Beitr{\"a}ge bei der angestrebten Korrektion der Fixpunkttemperaturen. Alles in allem steht nun eine Methodik zur Verf{\"u}gung, die Unsicherheit bei der Darstellung der internationalen Temperaturskala im industriell besonders wichtigen Bereich von -40°C bis 1000°C mindestens um den Faktor 3 zu reduzieren.}, subject = {Metall; Verunreinigung; W{\"a}rmestrom; Internationale Temperaturskala; Temperaturfixpunkte; ITS-90; Verunreinigungen in ultrahochreinen Metallen; Thermische Effekte; Strahlungstransport; Temperature fixed-points; ITS-90; Impurities in ultra-pure metals; Thermal effects; Radiation transport}, language = {de} }