我國(guó)參與千克復(fù)現(xiàn)方法國(guó)際比對(duì)成績(jī)優(yōu)異

為建立新的質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)提供重要技術(shù)支撐

本報(bào)訊 （王 健 劉旭紅）近日，國(guó)際計(jì)量局發(fā)布了首次千克復(fù)現(xiàn)方法國(guó)際關(guān)鍵比對(duì)的報(bào)告。我國(guó)繼加拿大、美國(guó)、國(guó)際計(jì)量局之后，第4個(gè)具有采用電天平方案在真空中達(dá)到10-8量級(jí)測(cè)量能力。這意味著我國(guó)的測(cè)量數(shù)據(jù)得到國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的認(rèn)可，并參與國(guó)際約定值的確定，進(jìn)而用于千克新定義實(shí)施后全球質(zhì)量單位的量值傳遞。

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)計(jì)量院）能量天平國(guó)際比對(duì)團(tuán)隊(duì)采用NIM-2能量天平裝置代表我國(guó)參加了這次比對(duì)。我國(guó)的測(cè)量結(jié)果與比對(duì)參考值的相對(duì)偏差為1.17×10-8，綜合不確定度為4.49×10-8量級(jí)，這相當(dāng)于要分辨出一頭藍(lán)鯨身上落了一只蚊子后的變化量。

質(zhì)量單位千克的重新定義，被國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）稱為“像尋找希格斯粒子一樣的世界六大科學(xué)難題之一”。自1975年英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）提出功率天平方案至今，世界各國(guó)已經(jīng)為此付出了幾十年的努力。目前，能夠利用普朗克常數(shù)復(fù)現(xiàn)質(zhì)量單位千克的方法主要有3種，分別為：功率天平法、能量天平法和硅球方案。采用功率天平方案開(kāi)展研究的，除英國(guó)外，還有美國(guó)、法國(guó)等國(guó)和國(guó)際計(jì)量局，歷時(shí)10年到40多年不等。硅球方案由以德國(guó)計(jì)量院主導(dǎo)，日本、意大利等國(guó)計(jì)量院參與組成的國(guó)際阿伏伽德羅常數(shù)合作組織聯(lián)合研究。2006年，中國(guó)工程院院士、中國(guó)計(jì)量院首席研究員張鐘華及其團(tuán)隊(duì)自主提出能量天平方案。經(jīng)過(guò)13年的發(fā)展，團(tuán)隊(duì)研制成功第二代裝置——NIM-2能量天平裝置，比對(duì)測(cè)量結(jié)果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)行列。

據(jù)中國(guó)計(jì)量院力聲所質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室主任李正坤研究員介紹，2018年11月，第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)的1號(hào)決議，批準(zhǔn)了對(duì)千克等4個(gè)基本單位進(jìn)行重新定義。2019年5月20日，質(zhì)量單位千克的新定義正式實(shí)施。但是，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)認(rèn)為，在2017年為質(zhì)量單位重新定義而進(jìn)行評(píng)差時(shí)，各國(guó)提供的普朗克常數(shù)測(cè)量結(jié)果的一致性，不足以保證各個(gè)國(guó)家的裝置在復(fù)現(xiàn)質(zhì)量單位時(shí)是一致的。因此，決定在有充足的數(shù)據(jù)證明各個(gè)國(guó)家的復(fù)現(xiàn)裝置的一致性之前，質(zhì)量的量傳將通過(guò)國(guó)際比對(duì)的方式，得到一個(gè)約定值，進(jìn)而由約定值為基準(zhǔn)進(jìn)行量傳。

2019年，國(guó)際計(jì)量局組織了首次千克復(fù)現(xiàn)方法國(guó)際關(guān)鍵比對(duì)。7個(gè)從事千克復(fù)現(xiàn)方案研究的國(guó)家計(jì)量實(shí)驗(yàn)室采用3種不同方案參加此次國(guó)際比對(duì)。參加此次國(guó)際比對(duì)的7家實(shí)驗(yàn)室都為全球質(zhì)量測(cè)量水平頂尖實(shí)驗(yàn)室，其中包括我國(guó)在內(nèi)，共有6個(gè)國(guó)家達(dá)到了10-8量級(jí)的準(zhǔn)確度水平。

中國(guó)計(jì)量院采用NIM-2能量天平裝置對(duì)兩顆比對(duì)樣品（1顆鉑銥合金砝碼和1顆不銹鋼砝碼）測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為5.2×10-8和6.5×10-8。我國(guó)測(cè)量結(jié)果與國(guó)際比對(duì)參考值的偏差居第三位，不確定度水平居第五位。

此次比對(duì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)研制的能量天平試驗(yàn)裝置的測(cè)量能力得到了國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的認(rèn)可。此項(xiàng)研究成果為建立具有我國(guó)獨(dú)立自主的質(zhì)量單位復(fù)現(xiàn)裝置和新的質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支撐。

《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》