质量单位千克的重新定义
  时间:2019-01-07 11:51:23 来源: 新凤凰彩票官网 作者:匿名


第17单元系统咨询委员会(CCU)会议于6月29日至7月1日在巴黎举行,BIPM所在地。来自各国的29名代表参加了会议。中国代表张中华,赵燕,卢祖良出席了会议。会议由英国利兹大学CCU主席Mills教授主持,BIPM主任Wallard出席了会议。

会议的一个重要主题是将基本单元的定义基于基本物理常数。其中一个重要问题是重新定义质量单位千克。

一,会前的讨论和准备工作

七个基本单位的定义基于基本物理常数或自然量子现象。由此建立的定义不会随着时间,空间和复发方法而改变,并且是计量科学发展的方向。

然而,对质量单位“千克”的研究并不令人满意。目前,仍然由国际度量衡局存储的铂 - 铱合金千克原始质量来定义。原始千克也是仍在使用的最后一个物理基准。已经发现原始装置的千克因污染和清洁而不稳定,并且在100年内可能改变了5×10-8或50μg。它远远落后于其他基本单位,例如长度,时间和电力。另一方面,如果物理参考被火灾,坠落等损坏,则不能准确地再现幅度,并且将发生中断的严重性。 1999年第21号CGPM第7号决议呼吁国家计量研究所通过实验将质量单位与基本或原子常数联系起来,以便在未来对公斤进行新的定义。

为了重新定义质量单位“千克”,世界上一些先进国家进行了20多年的实验研究。例如,与普朗克常数相关的实验是功率平衡,其不确定度为1×10-7至5×10-8;与Avogadro常数相关的硅球测试已达到可重复性。 3×10-7;还有德国PTB的金离子收集实验。但是,硅球测试结果与功率平衡之间存在1×10-6的差异。

2004年底,CCU主席Mills,CODATA主席Mohr,BIPM前主任Quinn,CODATA主要成员,前NIST电气部门主管Taylor和NIST Power Balance项目组负责人Williams提出了实质性建议。标题是“重新定义公斤:是做出决定的时间。”它的摘要是:1.基于普朗克常数或阿伏加德罗常数,定义千克定义,无需等待实验获得良好结果。

以这种方式重新定义公斤后,许多基本常数将大大减少他们的不确定性。

3.现有千克原始值的值用作约定值,任务以等效值传输,但不确定性从原来的0变为1.7×10-7。这不会影响绝大多数实际使用。

对于这一建议,CCEM和CCQM指出,由于两个实验结果之间存在1×10-6的差异,这种差异在不久的将来无法解决,建议在2011年之前做出决定.CCEM还建议根据给定的基本费用,同时重新定义当前单位。 CCQM建议考虑化学问题的基本单位和基本常数问题。 CCM提出了三个条件。:这三个条件是解决1×10-6的差异,单位复发水平达到2×10-8。至少有三种这样的重复方法。同意在满足这三个条件的基础上改变定义。 CCT规定了现有温标中涉及的水的同位素含量;同意用给定的玻尔兹曼常数重新定义开尔文;安排是为实际使用方法。

2005年6月27日,CODATA在BIPM召开会议。我国张中华院士出席了会议。主要提出以下建议::同时重新定义了三个基本单位,包括千克,安培,开尔文和千克,这些单位倾向于与普朗克常数建立联系,并且也希望通过给定的Avoca。 dero常数重新定义单位质量摩尔。

第二,中国的会前筹备工作

6月17日,由国家质量监督检验检疫总局计量部组织召开专家研讨会。会后,进一步广泛征求了有关专家的意见。最后,形成一般性意见并报告给领导批准,作为中国代表参加国际会议的指南。内容如下:

1.在基本常数的基础上建立基本单位是衡量科学发展的方向。最近重新定义质量部门的提议具有重要的科学意义,引起了包括中国在内的全世界的关注和讨论,并对此进行了推广。工作的进展起到了积极的作用。2.两个实验结果之间目前的1×10-6偏差需要解决。 CCEM和CCQM认为在短时间内解决这个问题是不可能的。我们认为在2011年再次讨论这个问题是恰当的。

3. Afogadro常量定义直观且易于理解。普朗克常数是量子力学中的关键常数。两者都有优点和缺点。虽然我们按照目前的理解遵循普朗克常数,但建议在2011年再次讨论此问题。

4. CCM提出的问题反映了衡量在社会生活中的重要性,应该认真对待。

5.继续研究常量测定和千克重复测定方法。

中国代表已在会议上将此意见作为第39号会议文件提出。

III。讨论和结束会议

美国NIST的威廉姆斯(动力平衡项目负责人)报告了普朗克常数测量和功率平衡实验的改进。通过介绍几个国家计量机构和BIPM动力平衡的原理和特点,分析了存在的不确定性。 NIST在4月给出的不确定性是6×10-8,我希望进一步努力取得更好的结果。例如,对于2006年的COTADA调整,力争达到(2~3)×10-8的水平。

日本的NMIJ的Fujii(硅球项目负责人)报告了Avogadro常数的确定以及通过硅球测试重新定义的公斤数。他特别报道了日本的NMIJ,德国的PTB,比利时的IRMM,意大利的IMGC,澳大利亚的NMIA和美国的NIST进行的硅球测试,包括晶格常数,密度,摩尔质量和阿伏加德罗的常数。分析报告了表面氧化层对直径测量的影响,并进一步计算了天然同位素硅球的Afogadro常数。此时的报告值为6.0221353(18)×1023 mol-1。与COTADA在2002年发布的6.0221415(10)×1023 mol-1的值相比,差值为-1.0×10-6。通过国际合作项目IAC(国际Avogadro协调),希望Avogadro恒定测量的相对标准不确定性在2006年将达到6.9×10-8,从目前的3.1×10-7和2009年的2.1×10。 -8。根据法国科学院的Borde,根据能量关系mc2=hυ,De Broglie-Compton频率用于定义公斤:千克是质量单位,这是De Broglie-Compton频率完全相等至[(299792458)2 /(6.6260693×10-34)] Hz质量的物体。通过给予普朗克常数也可以实现这个定义。优点是从物理概念更容易理解,但这个频率非常大,无法直接测量。重复的方法仍然需要通过权力平衡,所以在会议上没有得到积极的回应。

PTB代表(CCM)认为目前的公斤问题并不像人们所说的那么严重,其稳定性远低于目前与基本常数相关的几个实验的不确定性。以下是他们列出的具体相对不确定性数据。:

公斤原始:

1kgPt-Ir原装小于0.01×10-7;

CCM可以达到的水平是0.2×10-7;

E1级1kg标准0.8×10-7;

基本常数和实验:

普朗克常数和阿伏加德罗常数为1.7×10-7,两次实验结果之间的差异为10×10-7。

他们还强调千克在实际使用中的重要性。

与会者认为,1999年第21号CGPM第7号决议提出了通过实验将质量单位与基本或原子常数联系起来以制定公斤新定义的问题;并且长度单位的重新定义给了我们成功的经验通常理解并接受基于基本常数的基本单位的重要性。根据几个CC的建议,他们都同意这一点。虽然CCM提出了三个严格的条件,但原则上同意建立基本常数的基本单位。

代表们从贸易,工业和科学研究的实用性强调了复制方法的重要性及其复发的不确定性;强调基本常数的价值应该是新的;对新定义的强调必须针对不同的职业,例如不同的CC理解和接受;指出使用普朗克常数来定义公斤并不容易从概念上理解,并且中小学生的教学工作并不容易。关于用基本电荷定义电流的问题,通过给出给定的真空磁导率μ0来定义原始定义,其也与长度和力的单位有关。 1988年,CIPM建议使用Josephson常数和von Crimson常数来重现电压和电阻的单位。

在SI框架内,每次进行CODATA调整时,都给出相应的SI值KJ和RK。但是,由于单位中出现的常数不能经常变化,因此必须对其进行修正。 KJ和RK的固定值在1988年CIPM建议中给出,用KJ-90和RK-90表示,称为常规值。因此,他们不在严格的SI框架中。

如果普朗克常数的值在千克定义中是固定的,并且如果基本电荷的值在当前定义中是固定的,那么约瑟夫森常数和冯克里姆森常数是固定的。这样再现的电压和电阻单元将基于严格的SI框架内的精确常数。因此,在重新定义的SI单元系统中,这种新的电流定义对于电计量非常有意义。

PTB代表介绍了玻尔兹曼常数的国际确定。目前使用四种方法,包括声学气体温度测量(AGT),状态热状态方法,辐射测温和直接基于统计和量化的方法。确定玻尔兹曼常数的不确定性现已达到2 ppm,估计在未来5年内达到1 ppm。

法国科学院的C. J. Borde博士报告了他们在探索使用给定的玻尔兹曼常数k重新定义温度单位开尔文的工作方面的新发展。他们使用一束红外激光通过氨吸收器获得相当完美的吸收线。该线的信噪比为7000,宽度约为20 MHz。可以配制吸收线的宽度其中λ是激光的波长,M是氨分子的质量。因此,T可以由吸收线的宽度ΔνΔ确定,从而提供一种用给定的玻尔兹曼常数k重新定义温度单位开尔文的新方法。这项工作得到了代表们的广泛关注。

经过两天半的讨论,会议达成了CCU对CIPM的建议。

1.建议CIPM(国际计量委员会)在今年10月的会议上原则上同意重新定义质量单位“kg”(例如,通过给出普朗克的大小不变)。同时,重新定义当前单位“安培”(通过给出基本电荷的大小)并重新定义温度单位“开尔文”(通过给出玻尔兹曼常数)。根据一系列限制,建议CIPM在2011年向第24届CGPM(国际计量会议)提出建议,以通过该决议。这些限制具有:实验数据的重要性,被不同的CC接受,广泛宣传,并听取了公众的意见。

2.考虑单位“摩尔”(通过给予阿伏加德罗常数),同时重新定义材料的质量。

3. CIPM为2007年第23届CGPM会议准备了一项决议,向成员国宣布此事,以吸引注意力。

4.鼓励成员国的计量机构向其政府申请资助并继续研究。

第四,一些看法

1.重新定义千克的国际问题虽然有不同意见,但实验并未取得实质性突破,但主流趋势往往会改变现有的质量单位定义,而且未来改变定义的可能性非常大高。

2.建议继续关注并注意公斤的新定义,并制定相应的计划;电气,热能,尤其是化学,计量工作者应了解当前的情况,检查可能存在的问题,并对变化作出反应。措施。

[关键词]质量单位,公斤,国家标准物质网,北京世纪奥克

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