我国能量天平参与国际约定值确定
http://www.1718001.com 2020-11-26 15:33:19 浙江计量院

  10月30日,国际计量局发布了首次千克复现方法国际关键比对的报告,中国计量院能量天平国际比对团队采用NIM-2能量天平装置代表我国参加了此次比对,我国的测量结果与比对参考值的相对偏差为1.17×10-8,综合不确定度为4.49×10-8量级,成为继加拿大、美国、国际计量局之后,第4个采用电天平方案在真空中达到10-8量级测量能力。这标志着我国的测量数据得到国际计量委员会的认可,并参与国际约定值的确定,进而用于新定义实施后全球质量单位的量传。

  质量单位千克的重新定义被国际知名学术期刊《自然(Nature)》称为像寻找希格斯粒子一样的世界6大科学难题之一。1975年英国国家物理实验室(NPL)提出功率天平方案至今,国际上已经为此付出了几十年的努力。目前,能够利用普朗克常数复现质量单位千克的方法主要有3种,分别为:功率天平法、能量天平法和硅球方案。采用功率天平方案开展研究的,除英国外,还有美、法、韩、瑞士、加拿大、新西兰、土耳其等国和国际计量局,历时10~40多年不等。硅球方案由以德国计量院主导,日本、意大利等国计量院参与组成的国际阿伏伽德罗常数合作组织联合研究。2006年,中国工程院院士、中国计量院首席研究员张钟华院士及其团队自主提出一种新方案——能量天平方案。历经10多年的努力,团队已经研制成第二代装置能量天平装置NIM-2。

  2018年11月,第26届国际计量大会的1号决议批准了对千克等四个基本单位进行重新定义。2019年5月20日,质量单位千克的新定义正式实施。但是,国际计量委员会认为,在2017年为质量单位重新定义而进行平差时,各国提供的普朗克常数的测量结果的一致性不足以保证各个国家的装置在复现质量单位时是一致的。因此决定,在有充足的数据证明各个国家的复现装置的一致性之前,质量的量传,将通过国际比对的方式,得到一个约定值,进而由约定值为基准进行量传。2019年,国际计量局组织了首次千克复现方法国际关键比对。目前国际上从事千克复现方案研究的有国际计量局和14个国家计量实验室,其中7家采用3种不同方案参加此次国际比对包括,加拿大、美国、国际计量局、和韩国采用功率天平方案,中国采用能量天平方案,德国和日本采用硅球方案。

  参加此次国际比对的7家实验室都为全球质量测量水平顶尖实验室,其中包括我国在内,共有六个国家达到了10-8量级的准确度水平。中国计量院采用NIM-2能量天平装置对两颗比对样品(1颗铂铱合金砝码和1颗不锈钢砝码)测量的相对标准不确定度分别为5.2×10-8和6.5×10-8。经国际计量局对各国的数据综合评定,我国的测量结果与比对参考值(KCRV)的相对偏差为1.17×10-8,不确定度为4.49×10-8,这相当于要分辨出一头长颈鹿(约1.8吨)吃下一片树叶(约0.1克)后的体重变化量。此次比对数据表明,我国研制的能量天平试验装置的测量能力得到了国际计量委员会的认可,据此可以建立我国自主可控的质量单位复现装置和新的质量量值传递系统。

  近年来,我国积极参与国际单位制的重大变革―千克的重新定义,自主提出的能量天平方案的测量水平得到了不断的提升,经过13年的发展,从无到有,比对测量结果达到国际先进行列。

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