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計量論壇

標題: 我國能量天平質(zhì)量量子基準研究取得核心技術(shù)突破 [打印本頁]

作者: 新聞專員 時間: 2011-5-16 19:13
標題: 我國能量天平質(zhì)量量子基準研究取得核心技術(shù)突破
4月29日，由中國計量科學(xué)研究院承擔(dān)的國家科技支撐計劃課題“能量天平質(zhì)量量子基準研究”通過國家質(zhì)檢總局組織的專家驗收。該課題通過“能量天平”方案，開展對普朗克常數(shù)測量和質(zhì)量量子基準及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立能量天平法測量普朗克常數(shù)裝置，使我國首次具備普朗克常數(shù)測量和千克基準穩(wěn)定性絕對測量能力，成為國際上第四個可以獨立測量普朗克常數(shù)的國家，步入國際計量前沿研究行列。
   計量基準的準確與否，需要國際單位制的七個基本單位的保證。為適應(yīng)經(jīng)濟和社會發(fā)展對計量準確度日益提高的要求，20世紀下半葉開始，國際計量界已陸續(xù)研制了一系列量子計量基準代替沿用多年的實物計量基準，來復(fù)現(xiàn)和保存國際單位制的基本單位。質(zhì)量單位“千克”是目前國際單位制的7個基本物理量中唯一依靠實物基準保存和復(fù)現(xiàn)的一個物理量。實現(xiàn)質(zhì)量基準的量子化——用某種量子計量基準來代替尚在使用的國際千克原器這一實物基準，重新準確定義質(zhì)量單位，是國際計量界經(jīng)典計量難題中最后的堡壘。
   為解決這一難題，目前已有多個先進國家計量院開展了此方面的研究，并提出了若干種解決方案。在國家“十一五”科技支撐計劃重點項目“以量子物理為基礎(chǔ)的現(xiàn)代計量基準研究”的支持下，中國計量科學(xué)研究院開展了此方面的研究。
   據(jù)課題負責(zé)人張鐘華院士介紹，針對國外的研究現(xiàn)狀，課題組獨創(chuàng)性地提出了與國際上通行的“功率天平”方案不同的“能量天平”方案，通過對普朗克常數(shù)的測量，建立質(zhì)量量子基準。目前，課題組已在國際上首次建立了能量天平法測量普朗克常數(shù)裝置，并進行了實驗驗證，第一階段測量普朗克常數(shù)的相對標準不確定度達到7.7×10-5，為國際計量界已獲得的少數(shù)測量結(jié)果之一。
   課題組還發(fā)揮我國量子化霍爾電阻基準世界領(lǐng)先水平的優(yōu)勢，攻克了互感量的精密測量等能量天平方案的核心技術(shù)，解決了三項國際難題：成功研制一套互感量的精密測量系統(tǒng)，將互感量溯源到量子化霍爾電阻和時間標準，互感測試系統(tǒng)測量不確定度達到1×10-7，優(yōu)于國際上已發(fā)表的互感量精密測量的最小不確定度（3×10-6）；研制成功一種負載系數(shù)極小的采樣電阻，提出了負載系數(shù)自我校驗方法，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)定性達到3×10-7/30 min，幅值達到250mA的磁場恒流源。
   該項研究對于建立我國獨立自主的量子質(zhì)量基準和計量體系，維護技術(shù)主權(quán)，應(yīng)對國際單位制改革，取得“千克”重新定義話語權(quán)具有重要意義。同時攻關(guān)過程中發(fā)展的精密互感測量、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，將大幅度提高我國磁測量儀器、電測精密儀器的準確度，提高稀土資源利用價值，提升科技自主創(chuàng)新水平，具有重大的經(jīng)濟和社會效益。

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