我國建成新一代計算電容裝置

由中國計量院承擔完成的“十一五”國家科技支撐計劃項目課題“精細結構常數測量關鍵技術及電容基準的研究”，日前順利通過專家組驗收。該課題研制的國際新型立式可移動屏蔽電極計算電容裝置測量精細結構常數，復現1皮法（pF）電容單位的標準不確定度達到2.0×10-8，接近國際最好水平。

    據課題負責人、中國計量院首席研究員陸祖良介紹，本課題研究過程通過國際合作，使我國在該領域的研究很快進入國際前沿。課題組研制了國際新型的立式可移動屏蔽電極計算電容裝置，利用激光干涉儀實時測長，并與我國已經建立的量子霍爾電阻裝置相結合，測量了精細結構常數，技術指標達到國際先進水平，復現1皮法電容單位的標準不確定度達到2.0×10-8。據了解，目前在此領域最好水平為美國國家標準與技術研究院（NIST）的1.9×10-8，其余研究的不確定度均大于2.8×10-8。

    陸祖良表示，該計算電容裝置也是目前國際電磁計量領域內除量子電壓和量子電阻之外最高準確度水平（10-8）的裝置。它本身是交流阻抗的計量基準，在電力行業、電子行業、家用電器、通訊設備的質量控制方面具有廣泛應用，將對提高產品的國際競爭力發揮重要作用。

    據了解，該研究在多方面有所創新。例如，采用嚴格測量和靈活調整相結合方法，實現了主電極系統的對稱和平行的高精度要求；通過實驗驗證了電補償法的補償效果比機械補償法高一個數量級；提出了一種電容電橋自動輔助平衡新方法，消除了手動輔助平衡殘余不平衡負載的影響，提高了測量速度；提出了一種完全等電位屏蔽校驗方法，實現了工作狀態下感應分壓器的高精度校驗；課題在國內首次實現四端對阻抗的高精度測量；采用了新的電容單位復現方法，操作過程簡單、方便、快捷。

    精細結構常數與4個基本物理常數（普朗克常數、基本電荷、玻爾茲曼常數、阿伏伽德羅常數）之間有重要的關系，它的準確測量對4個基本常數的確定有重要的幫助；而這4個基本常數又是更好地復現、保存和傳遞7個國際單位制基本單位量值的關鍵，特別是計算電容測量的精細結構常數是直接建立在現有國際單位制之上的，由此確定的基本常數，以至隨后的新的國際單位制，將保持計量單位實際內容不改變，從而保證社會經濟生活生產和科學研究不受國際單位制變革的影響。目前，國際計量局和美國、澳大利亞等先進國家都在研究新一代計算電容基準。

    為了響應國際計量界這一新的發展趨勢，在國際基本單位重新定義過程中掌握主動，中國計量院聯合國內有關單位，于2006年申請了“十一五”國家科技支撐計劃項目——“以量子物理為基礎的現代計量基準研究”，包括能量天平質量量子基準、玻爾茲曼常數測量及熱力學溫度基準、精細結構常數測量關鍵技術及電容基準、阿伏伽德羅常數測量關鍵技術等9項量子計量基準及關鍵技術研究。經過幾年的努力，該項目中的課題先后取得一系列成果。本課題的驗收標志著該項目的全部結束，為我國應對國際單位制的重大變革打下了堅實基礎。