המעבדה הלאומית לפיזיקה

המעבדה הלאומית לפיזיקה מקיימת את אבות מידה של מדינת ישראל - מכשירי מדידה מדויקים בתחומים הבאים:

• זמן
• מסה
• לחץ ואקום
• התנגדות חשמלית וקיבול

בשנת 1985 חתמה מדינת ישראל על אמנת המטר. המטרה העיקרית של אמנת המטר היא שתוצאות המדידה שהושגו במדינות שחתמו על אמנה זו יהיו ניתנות למעקב לסטנדרטים לאומיים ובינלאומיים. בכל מדינה חייב להיות מכון לאומי למטרולוגיה (מדידות), ובישראל זו המעבדה הלאומית לפיזיקה (מל"פ), המקיימת מדידות כאמור.

מכאן נובע עיקר תפקידה של המעבדה: מחד, כיול מכשירי מדידה של מעבדות כיול הנותנות שירות לתעשייה ולמסחר בישראל; ומצד שני, השוואת הסטנדרטים של מדינת ישראל לאמות המידה של מדינות החתומות על אמנת מטר, בכדי להבטיח שוויון מידה. תפקיד זה של המעבדה הוא אחד ממרכיבי התשתית התעשייתית והמסחרית של מדינת ישראל.

המעבדה הלאומית לפיזיקה משתתפת בפיתוח אמות מידה חדשות. כמו כן, המעבדה מארגנת בישראל השוואות בין מעבדות (מבחני מיומנות) בתחומי מדידה, כיול ובדיקה שונים.

המעבדה הלאומית לפיזיקה משמשת כנציגה הבלעדית של המדינה באירגון הבינלאומי האחראי על יישום אמנת המטר (BIPM). המעבדה פעילה גם בארגונים לאומיים ובינלאומיים נוספים העוסקים במדידה, כיול ובדיקה.

המעבדה היא חלק מרכזי במערכת המטרולוגיה הישראלית וחלק מרכזי בתשתית האיכות הלאומית שלה (NQI).

מטרות וחזון

שמירה על אמות מידה לאומיות וכיול מכשירי מדידה כדי להבטיח עקיבות לאמות מידה לאומיות ובינלאומיות.

למעבדה יש אחריות לפתח ולתחזק אמות מדידה לאומיים ולהפיץ את יחידות ה- SI (המערך העולמי ליחידות מדידה). לסייע בהכרה בינלאומית בתקני מדידה לאומיים וביכולות המדידה הנלוות. המל"פ משתתפת בהשוואות בינלאומיות של תקני מדידה במסגרת CIPM MRA (הסדר ההכרה הדדית).

הפעולות העיקריות של המעבדה הלאומית לפיסיקה הן:

• ביסוס עקיבות מטרולוגית למערך המידות העולמי ((SI על-ידי השוואות מפתח בינלאומיות או על-ידי שמירה ושיפור מתמיד של תקני המדידה הלאומיים הניתנים למעקב מטרולוגית לSI- באמצעות מכון זר;
• הפצת היחידות הכרוכה במתן עקיבות מטרולוגית לאסמכתאות הארציות למעבדות כיול תעשייתיות ולמישרין למשתמשים בתעשייה ולתשתיות הקריטיות הלאומיות;
• השתתפות בפעילויות בינלאומיות, בפרויקטים בינלאומיים;
• הבטחת ההכרה הבינלאומית של כיולים כדי למנוע קיומם של חסמים טכניים לסחר באמצעות השתתפות ברמה אזורית ובינלאומית במערכות ההכרה הבינלאומיות המופעלות על ידי ILAC12  ו/או BIPM ; 
• ביצוע עבודות פיתוח על שיפור הפניות לאומיות, במידת האפשר, ביצוע פעילויות מחקר להכנה לדור הבא של תקני מטרולוגיה;
• מתן ייעוץ ותמיכה הדרושים לממשלה, לתעשייה, למסחר ולציבור בנושאים מטרולוגיים;
• מתן בסיס מטרולוגי מוצק לתכנית ההסמכה הלאומית, לרבות מתן מומחים להערכות.

המעבדה הלאומית לפיזיקה היא גם הגורם המתאים ביותר עבור הממשלה לספק לציבור מקור ייעוץ עצמאי וחסר פניות לגבי תקפותו והאמינות של מידע מטרולוגי.

התשתית האיכותית נדרשת לפעולה יעילה של השווקים המקומיים, וההכרה הבינלאומית בה חשובה כדי לאפשר גישה לשווקים זרים. זהו מרכיב קריטי בקידום ושימור פיתוח כלכלי, כמו גם רווחה סביבתית וחברתית.

מערכת המטרולוגיה הלאומית היא חלק מרכזי בתשתית האיכות הלאומית (NQI) מכיוון שלא ניתן למדוד כמות בצורה נכונה ועקבית ללא מטרולוגיה.

למטרולוגיה תפקיד מרכזי באימוץ חידושים מדעיים וטכנולוגיים, תכנון וייצור יעיל של מוצרים התואמים את צרכי השוק, איתור אי התאמה, ומניעתה. היא מספקת תמיכה בסיסית לבדיקות בריאות ובטיחות, ניטור סביבתי ועיבוד מזון. זה גם מספק את הבסיס למסחר הוגן בכלכלה מקומית ולמסחר בינלאומי בשוק העולמי.

מטרות ומשימות המעבדה

המעבדה הלאומית לפיזיקה מהווה גורם מרכזי במערכת האיכות הלאומית האחראית על האמות מידה הלאומיים ועל כל המדידות המתבצעות בארץ.

המעבדה מחזיקה סטנדרטים הלאומיים למדידות בתחומים שונים ואחראית על דיוק האמות מידה הלאומיים.

המעבדה מספקת דיוק של כל המדידות המתבצעות בארץ על ידי שרשרת עקיבות ארצית. סטנדרטים לאומיים נמצאים בראש שרשרת העקיבות הלאומית.

המעבדה שומרת על עקיבות הסטנדרטים הלאומיים לסטנדרטים בינלאומיים למדידות בתחומים שונים. העקיבות של סטנדרטים לאומיים לסטנדרטים בינלאומיים מתבצעת באמצעות השוואות מפתח בינלאומיות.

המעבדה מבצעת שירותי כיול של מכשירי מדידה מול סטנדרטים לאומיים בתחומים שונים ללקוחות בתעשייה האזרחית והביטחונית.

המעבדה אחראית על פיתוח נוהלי כיול ומדידה בתחומים שונים.

שרשרת עקיבות לאומית

כל מדידה חייבת להתבצע על פי מערכת האיכות הלאומית. הגורם המרכזי של מערכת האיכות הלאומית הוא שרשרת העקיבות הלאומית.

לצפייה בשרשרת העקיבות הלאומית בתחום הזמן והתדר

מעבדת זמן ותדר של המעבדה הלאומית לפיזיקה

על פי הסכמים דו-צדדיים שנחתמו בין מדינת ישראל למדינות העולם בנושאי יבוא וייצוא, מדינת ישראל מחויבת במעבדת זמן בפיקוח הארגון הבינלאומי BIPM. ישראל חתמה על שני הסכמים בינלאומיים: אמנת המטר והסדר ההכרה ההדדית של מוצרים ישראלים בשוק העולמי והאירופי - MRA.

על מנת לעמוד בהסכמים אלו, חוקקה כנסת ישראל בשנת 1992 את "חוק קביעת הזמן" המסמיך את המעבדה הלאומית לפיזיקה לקבוע את השעה הלאומית בהתאם לUTC.

חוק קביעת הזמן מגדיר: זמן אוניברסלי מתואם בישראל הוא UTC(INPL) מבוסס על קצב השעון האטומי.

משימות מעבדת זמן ותדר לפי חוק קביעת הזמן

• לשמור על הזמן הלאומי על בסיס שעונים אטומיים דיוק גבוה.
• להיות חלק ממערכת גלובלית לקביעת זמן בינלאומי TAI ו-UTC.
• להיות מסונכרן ל-UTC. לשמור על העקיבות של הזמן הלאומי לאחר הזמן הבינלאומי. לשמור על הסטייה מה-UTC  פחות מ-100 ns.
• לתת שירות לקוחות בתחום מדידות זמן ותדר מדויקים. 
• על המעבדה לעמוד בדרישות הבינלאומיות של BIPM לגבי רמת הדיוק של השעונים ולגבי דרישות טכניות לכל הציוד.

זמן לאומי נוצר ומאוחסן על בסיס מערכת של שעונים אטומיים בעלי דיוק גבוה 5071A מתוצרת Microchip. הדיוק של הזמן הלאומי לפי ההשוואות הבינלאומיות שערך ה-BIPM הוא 7.5 ns. השוואות בינלאומיות של הזמן הלאומי ה-UTC(INPL) ביחס לזמן העולמי ה-UTC מתבצעות באופן רציף באמצעות ציוד לווייני בעל דיוק גבוה TTS5.

ציוד זה מאפשר לבצע השוואות בשלוש מערכות לווייניות גלובליות: GPS, GALILEO, GLONASS. סטיות סטטיסטיות בסדרת מדידות אחת הן רק 0.2 - 0.3 ns עבור קבוצות הכוכבים GPS ו-GALILEO, ו-20 -30 ns עבור מערכת GLONASS.

מעבדת הזמן של INPL  מספקת שירותים בתחום הזמן והתדר עבור לקוחות שונים המוצגים בשרשרת העקיבות כגון: יצרני שעונים אטומיים, חיל האוויר, חברות תקשורת, תעשייה צבאית, מערכות הגנה, מעבדות בדיקה ועוד.

הזמן הלאומי נשמר במעבדה  וניתן למעקב ל-UTC  באמצעות השוואות מפתח באופן קבוע וברציפות באמצעות מערכת GNSS מודרנית עם אי ודאות של מספר ננו-שניות בלבד.

בישראל, באופן בלעדי ורק למעבדה הלאומית לפיזיקה יש סמכות מאושרת על ידי BIPM - להיות אחראי על זמן לאומי ולתרום לזמן הבינלאומי TAI וUTC.
המעבדה הלאומית לפיזיקה כמעבדה מובילה, משתתפת בפיתוח רשת זמן הלאומית של ישראל המבוססת על סיבים אופטיים.

רשת זמן לאומית

חשיבותם של הסטנדרט הלאומי לזמן ורשת הזמן הלאומית לביטחון המדינה ולמען התשתיות הלאומיות עלתה בעשור האחרון עקב העלייה במספר הניסיונות להתקפות על מערכות מידע דיגיטליות, כמו גם התקפות על אותות לוויין (שיבוש וזיוף).

המעבדה תורמת לפתרון בעיה זו ומשתתפת בפרויקט ההגנה על התשתיות הקריטיות הלאומיות מפני התקפות אלה.