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我国参与千克复现方法国际比对成绩优异

2020-11-19 13:46:24 中国质量报

我国参与千克复现方法国际比对成绩优异

为建立新的质量量值传递系统提供重要技术支撑

本报讯 (王 健 刘旭红)近日,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。我国继加拿大、美国、国际计量局之后,第4个具有采用电天平方案在真空中达到10-8量级测量能力。这意味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,进而用于千克新定义实施后全球质量单位的量值传递。

中国计量科学研究院(以下简称中国计量院)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这次比对。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,这相当于要分辨出一头蓝鲸身上落了一只蚊子后的变化量。

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六大科学难题之一”。自1975年英国国家物理实验室(NPL)提出功率天平方案至今,世界各国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,还有美国、法国等国和国际计量局,历时10年到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及其团队自主提出能量天平方案。经过13年的发展,团队研制成功第二代装置——NIM-2能量天平装置,比对测量结果达到国际先进行列。

据中国计量院力声所质量实验室主任李正坤研究员介绍,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4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评差时,各国提供的普朗克常数测量结果的一致性,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。7个从事千克复现方案研究的国家计量实验室采用3种不同方案参加此次国际比对。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6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。我国测量结果与国际比对参考值的偏差居第三位,不确定度水平居第五位。

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。此项研究成果为建立具有我国独立自主的质量单位复现装置和新的质量量值传递系统提供了重要的技术支撑。

《中国质量报》

(责任编辑:水川)
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