我國已具備玻爾茲曼常數(shù)測量 躋身國際尖端領(lǐng)域

日前，由中國計(jì)量科學(xué)研究院承擔(dān)的《玻爾茲曼常數(shù)測量和熱力學(xué)溫度基準(zhǔn)研究》課題通過專家驗(yàn)收。該課題通過對玻爾茲曼常數(shù)測量和熱力學(xué)溫度基準(zhǔn)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立玻爾茲曼常數(shù)測量裝置和光譜輻射法、噪聲法測量熱力學(xué)溫度裝置，使我國首次具備玻爾茲曼常數(shù)測量和輻射法熱力學(xué)溫度測量能力，研究水平步入國際計(jì)量前沿研究領(lǐng)域。

據(jù)介紹，玻爾茲曼常數(shù)是國際計(jì)量委員會(CIPM)建議用來定義熱力學(xué)溫度單位開爾文(K)的自然基本常數(shù)。準(zhǔn)確絕對地測量玻爾茲曼常數(shù)，使其不確定度達(dá)到新定義可以接受的水平，是國際計(jì)量界面臨的極大挑戰(zhàn)。目前，中國計(jì)量科學(xué)研究院的科研人員在該常數(shù)重新定義方面獲得了重大突破。

課題負(fù)責(zé)人張金濤研究員介紹，該課題組在國際上首次建立定程圓柱聲學(xué)共鳴法玻爾茲曼常數(shù)測量系統(tǒng)，在新型傳感器應(yīng)用、圓柱坐標(biāo)系非理想因素修正分析體系建立、圓柱腔體絕對測量等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題上均有突破。該方法獨(dú)立于歐美國家計(jì)量院采用的球形或準(zhǔn)球形聲學(xué)共鳴法。新獲得的玻爾茲曼常數(shù)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度與國際科技基本常數(shù)委員會(CODATA)2006年公布值的相對偏差小于1×10-6，成為目前國際計(jì)量界已獲得的幾個(gè)最高準(zhǔn)確度的測量結(jié)果之一，使我國首次具備開展玻爾茲曼常數(shù)測量這一國際溫度計(jì)量界最尖端領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑢τ谖覈鴧⑴c溫度單位開爾文的重新定義與國際溫標(biāo)賦值、緊跟國際溫度計(jì)量的發(fā)展趨勢具有里程碑的意義。

在該課題的另一研究項(xiàng)目——熱力學(xué)溫度基準(zhǔn)研究方面，課題組在國內(nèi)首次建立了絕對輻射溫度計(jì)及與之配套的性能測量實(shí)驗(yàn)裝置，自主完成對金屬-碳共晶點(diǎn)（鈷-碳、鉑-碳、錸-碳共晶點(diǎn)）和銀凝固點(diǎn)熱力學(xué)溫度測量，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度達(dá)到(1.0~1.7)×10-4，實(shí)現(xiàn)了對高溫固定點(diǎn)的熱力學(xué)溫度賦值，對于我國參與對新型高溫固定點(diǎn)熱力學(xué)溫度國際賦值測量具有重要意義，使我國在實(shí)行“開爾文的實(shí)用溫標(biāo)實(shí)現(xiàn)”等國際計(jì)量的重要發(fā)展事件中具備話語權(quán)，標(biāo)志著我國高溫計(jì)量步入國際先進(jìn)行列和前沿研究領(lǐng)域。

據(jù)課題負(fù)責(zé)人原遵東研究員介紹，高溫固定點(diǎn)已成為國際溫度計(jì)量界亟待解決的一大難題。近年來，金屬(碳)-碳高溫固定點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，使得尋找更高溫度的固定點(diǎn)成為可能。金屬(碳)-碳高溫固定點(diǎn)及其熱力學(xué)溫度測量已成為國際高溫測量研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。經(jīng)過近4年的努力，課題組在噪聲法測量熱力學(xué)溫度方面，在國內(nèi)首次研制了準(zhǔn)絕熱法氬三相點(diǎn)裝置，達(dá)到擁有同類技術(shù)國際先進(jìn)水平，并在國際上首次提出了噪聲溫度計(jì)殘余電磁干擾余量修正方法，拓展了我國在中低溫區(qū)的熱力學(xué)溫度測量。

據(jù)了解，在此項(xiàng)研究過程中，課題組還建成了我國聲學(xué)法頻率測量前沿研究實(shí)驗(yàn)室，所掌握的聲學(xué)共鳴、微波和激光干涉等尖端技術(shù)理論經(jīng)驗(yàn)，對于高溫?zé)崃W(xué)溫度準(zhǔn)確測量、流體物性準(zhǔn)確測量、溫室氣體排放計(jì)量、核電反應(yīng)堆等特殊環(huán)境溫度的可靠測量、空間站溫度開爾文單位可靠準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，都具有重要的意義。

據(jù)悉，該課題為國家“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”項(xiàng)目中的一項(xiàng)。