我國已具備玻爾茲曼常數測量 躋身國際尖端領域

日前，由中國計量科學研究院承擔的《玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準研究》課題通過專家驗收。該課題通過對玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準及其關鍵技術的研究，建立玻爾茲曼常數測量裝置和光譜輻射法、噪聲法測量熱力學溫度裝置，使我國首次具備玻爾茲曼常數測量和輻射法熱力學溫度測量能力，研究水平步入國際計量前沿研究領域。

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

課題負責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共鳴法玻爾茲曼常數測量系統，在新型傳感器應用、圓柱坐標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關鍵技術問題上均有突破。該方法獨立于歐美國家計量院采用的球形或準球形聲學共鳴法。新獲得的玻爾茲曼常數的相對標準不確定度與國際科技基本常數委員會(CODATA)2006年公布值的相對偏差小于1×10-6，成為目前國際計量界已獲得的幾個最高準確度的測量結果之一，使我國首次具備開展玻爾茲曼常數測量這一國際溫度計量界最尖端領域的實驗能力，對于我國參與溫度單位開爾文的重新定義與國際溫標賦值、緊跟國際溫度計量的發展趨勢具有里程碑的意義。

在該課題的另一研究項目——熱力學溫度基準研究方面，課題組在國內首次建立了絕對輻射溫度計及與之配套的性能測量實驗裝置，自主完成對金屬-碳共晶點（鈷-碳、鉑-碳、錸-碳共晶點）和銀凝固點熱力學溫度測量，相對標準不確定度達到(1.0~1.7)×10-4，實現了對高溫固定點的熱力學溫度賦值，對于我國參與對新型高溫固定點熱力學溫度國際賦值測量具有重要意義，使我國在實行“開爾文的實用溫標實現”等國際計量的重要發展事件中具備話語權，標志著我國高溫計量步入國際先進行列和前沿研究領域。

據課題負責人原遵東研究員介紹，高溫固定點已成為國際溫度計量界亟待解決的一大難題。近年來，金屬(碳)-碳高溫固定點的發現，使得尋找更高溫度的固定點成為可能。金屬(碳)-碳高溫固定點及其熱力學溫度測量已成為國際高溫測量研究領域的熱點。經過近4年的努力，課題組在噪聲法測量熱力學溫度方面，在國內首次研制了準絕熱法氬三相點裝置，達到擁有同類技術國際先進水平，并在國際上首次提出了噪聲溫度計殘余電磁干擾余量修正方法，拓展了我國在中低溫區的熱力學溫度測量。

據了解，在此項研究過程中，課題組還建成了我國聲學法頻率測量前沿研究實驗室，所掌握的聲學共鳴、微波和激光干涉等尖端技術理論經驗，對于高溫熱力學溫度準確測量、流體物性準確測量、溫室氣體排放計量、核電反應堆等特殊環境溫度的可靠測量、空間站溫度開爾文單位可靠準確復現等領域的研究與應用，都具有重要的意義。

據悉，該課題為國家“十一五”科技支撐計劃重點項目“以量子物理為基礎的現代計量基準研究”項目中的一項。