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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 我國(guó)能量天平質(zhì)量量子基準(zhǔn)研究取得核心技術(shù)突破 [打印本頁(yè)]

作者: 新聞專(zhuān)員 時(shí)間: 2011-5-16 19:13
標(biāo)題: 我國(guó)能量天平質(zhì)量量子基準(zhǔn)研究取得核心技術(shù)突破
4月29日，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院承擔(dān)的國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“能量天平質(zhì)量量子基準(zhǔn)研究”通過(guò)國(guó)家質(zhì)檢總局組織的專(zhuān)家驗(yàn)收。該課題通過(guò)“能量天平”方案，開(kāi)展對(duì)普朗克常數(shù)測(cè)量和質(zhì)量量子基準(zhǔn)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立能量天平法測(cè)量普朗克常數(shù)裝置，使我國(guó)首次具備普朗克常數(shù)測(cè)量和千克基準(zhǔn)穩(wěn)定性絕對(duì)測(cè)量能力，成為國(guó)際上第四個(gè)可以獨(dú)立測(cè)量普朗克常數(shù)的國(guó)家，步入國(guó)際計(jì)量前沿研究行列。
   計(jì)量基準(zhǔn)的準(zhǔn)確與否，需要國(guó)際單位制的七個(gè)基本單位的保證。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度日益提高的要求，20世紀(jì)下半葉開(kāi)始，國(guó)際計(jì)量界已陸續(xù)研制了一系列量子計(jì)量基準(zhǔn)代替沿用多年的實(shí)物計(jì)量基準(zhǔn)，來(lái)復(fù)現(xiàn)和保存國(guó)際單位制的基本單位。質(zhì)量單位“千克”是目前國(guó)際單位制的7個(gè)基本物理量中唯一依靠實(shí)物基準(zhǔn)保存和復(fù)現(xiàn)的一個(gè)物理量。實(shí)現(xiàn)質(zhì)量基準(zhǔn)的量子化——用某種量子計(jì)量基準(zhǔn)來(lái)代替尚在使用的國(guó)際千克原器這一實(shí)物基準(zhǔn)，重新準(zhǔn)確定義質(zhì)量單位，是國(guó)際計(jì)量界經(jīng)典計(jì)量難題中最后的堡壘。
   為解決這一難題，目前已有多個(gè)先進(jìn)國(guó)家計(jì)量院開(kāi)展了此方面的研究，并提出了若干種解決方案。在國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“以量子物理為基礎(chǔ)的現(xiàn)代計(jì)量基準(zhǔn)研究”的支持下，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了此方面的研究。
   據(jù)課題負(fù)責(zé)人張鐘華院士介紹，針對(duì)國(guó)外的研究現(xiàn)狀，課題組獨(dú)創(chuàng)性地提出了與國(guó)際上通行的“功率天平”方案不同的“能量天平”方案，通過(guò)對(duì)普朗克常數(shù)的測(cè)量，建立質(zhì)量量子基準(zhǔn)。目前，課題組已在國(guó)際上首次建立了能量天平法測(cè)量普朗克常數(shù)裝置，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，第一階段測(cè)量普朗克常數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度達(dá)到7.7×10-5，為國(guó)際計(jì)量界已獲得的少數(shù)測(cè)量結(jié)果之一。
   課題組還發(fā)揮我國(guó)量子化霍爾電阻基準(zhǔn)世界領(lǐng)先水平的優(yōu)勢(shì)，攻克了互感量的精密測(cè)量等能量天平方案的核心技術(shù)，解決了三項(xiàng)國(guó)際難題：成功研制一套互感量的精密測(cè)量系統(tǒng)，將互感量溯源到量子化霍爾電阻和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，互感測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量不確定度達(dá)到1×10-7，優(yōu)于國(guó)際上已發(fā)表的互感量精密測(cè)量的最小不確定度（3×10-6）；研制成功一種負(fù)載系數(shù)極小的采樣電阻，提出了負(fù)載系數(shù)自我校驗(yàn)方法，為能量天平方案中把互感量溯源到量子化霍爾電阻以及高精密穩(wěn)流電流源的研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；研制成功一套穩(wěn)定性達(dá)到3×10-7/30 min，幅值達(dá)到250mA的磁場(chǎng)恒流源。
   該項(xiàng)研究對(duì)于建立我國(guó)獨(dú)立自主的量子質(zhì)量基準(zhǔn)和計(jì)量體系，維護(hù)技術(shù)主權(quán)，應(yīng)對(duì)國(guó)際單位制改革，取得“千克”重新定義話(huà)語(yǔ)權(quán)具有重要意義。同時(shí)攻關(guān)過(guò)程中發(fā)展的精密互感測(cè)量、特殊采樣電阻、恒流源等技術(shù)，具有廣泛的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景，將大幅度提高我國(guó)磁測(cè)量?jī)x器、電測(cè)精密儀器的準(zhǔn)確度，提高稀土資源利用價(jià)值，提升科技自主創(chuàng)新水平，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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