日前，放置在法國(guó)巴黎的國(guó)際千克原器近期備受關(guān)注，因?yàn)橛邢⒎Q，這個(gè)有著128歲高齡的鉑銥合金圓柱體將在2018年結(jié)束歷史使命——明年初，包括“千克”(質(zhì)量)、“開爾文”(溫度)、“安培”(電流)、“摩爾”(物質(zhì)的量)在內(nèi)的4項(xiàng)國(guó)際單位將被重新定義。

　　平日里，老百姓買個(gè)菜都會(huì)涉及“斤兩”的問題，“千克”這一國(guó)際單位的重大變革，會(huì)給人們生活帶來什么影響？長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者采訪湖北省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院力學(xué)計(jì)量技術(shù)研究所副所長(zhǎng)、國(guó)家一級(jí)計(jì)量師何運(yùn)部。他表示，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給質(zhì)量測(cè)量帶來“福利”，質(zhì)量測(cè)量會(huì)變得更科學(xué)、更合理、更精確。

　　國(guó)際千克原器已有128歲

　　“目前7大國(guó)際單位制當(dāng)中，質(zhì)量單位‘千克’是唯一可以靠實(shí)物復(fù)現(xiàn)的?！焙芜\(yùn)部介紹，定義千克的是一塊放在法國(guó)巴黎國(guó)際計(jì)量局保險(xiǎn)箱里的標(biāo)準(zhǔn)砝碼——在1889年國(guó)際計(jì)量大會(huì)上批準(zhǔn)稱為國(guó)際千克原器(IPK)。

　　IPK由90%鉑和10%銥所組成的合金制作，是直徑和高各為39毫米的小金屬圓柱體。高爾夫球大小的它被保存在真空封存的三層玻璃罩內(nèi)。全球還有許多IPK的復(fù)制品，作為各地區(qū)校正單位的標(biāo)準(zhǔn)。

　　“我國(guó)也有自己的‘IPK’。”何運(yùn)部透露，1959年中國(guó)確定以公制作為計(jì)量制度后，在1965年引進(jìn)千克質(zhì)量單位的基準(zhǔn)器，“是由國(guó)際計(jì)量局檢定、編號(hào)為60的千克基準(zhǔn)砝碼”，同樣為鉑銥合金制成，放置在真空中，受多層保護(hù)。

　　他表示，國(guó)家千克基準(zhǔn)各國(guó)通常只有一個(gè)，目的是為建立國(guó)家質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)，確保砝碼的質(zhì)量由國(guó)家基準(zhǔn)器逐級(jí)傳遞下去。

　　已經(jīng)“發(fā)胖”重了50微克

　　隨著科技的發(fā)展，科學(xué)家愈加發(fā)現(xiàn)，“千克”這種和實(shí)物相聯(lián)系的定義已經(jīng)不能滿足高精尖科技的需求了。因?yàn)閷?shí)物不能亙古不變——巴黎的IPK已經(jīng)“發(fā)胖”了50微克。專家因此笑稱，“這意味著我們比一百多年前的人要‘重’”。

　　國(guó)際度量衡委員會(huì)(CIPM)的新草案一旦在明年的國(guó)際度量衡大會(huì)上通過，世界測(cè)量技術(shù)規(guī)則將被重構(gòu)，國(guó)際單位制中科學(xué)家假設(shè)的數(shù)值，將全部改由自然界的基礎(chǔ)常數(shù)來定義。屆時(shí)，基于改用普朗克常數(shù)定義的質(zhì)量自然基準(zhǔn)將取代IPK，成為國(guó)際質(zhì)量單位新的源頭。

　　在何運(yùn)部看來，國(guó)際質(zhì)量單位千克重新定義“是件好事”，意味著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給質(zhì)量測(cè)量帶來“福利”，損耗進(jìn)一步降低，“質(zhì)量測(cè)量會(huì)變得更科學(xué)、更合理、更精確。大家不要忘了，秒的重新定義實(shí)現(xiàn)了電信、衛(wèi)星導(dǎo)航等很多技術(shù)以及股票市場(chǎng)的精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)，成就了數(shù)萬億美元的衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)品與服務(wù)市場(chǎng)?！焙芜\(yùn)部說，從科學(xué)行業(yè)來看，包括飛行器、汽車、化學(xué)制品、半導(dǎo)體材料、火箭配藥等，質(zhì)量測(cè)量都起著至關(guān)重要的作用?！百|(zhì)量的精準(zhǔn)測(cè)量支撐著納米技術(shù)和石墨烯的應(yīng)用，將提升先進(jìn)制造中航空發(fā)動(dòng)機(jī)的精度、推進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展”。

　　普通老百姓會(huì)認(rèn)為，這么高大上的改變似乎和我的生活沒啥關(guān)系。但像金銀首飾的測(cè)量其實(shí)已經(jīng)精確到毫克了，IPK過去100年已“胖”了50微克，相當(dāng)于0.00025克拉鉆石的重量。屆時(shí)國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生改變，如果沒有跟上改變的節(jié)奏，購(gòu)買黃金、寶石時(shí)發(fā)生的糾紛可想而知。

　　“但大家不必?fù)?dān)心，因?yàn)槲覈?guó)已經(jīng)建立了‘高準(zhǔn)確度真空質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)’，成功解決了2018年國(guó)際質(zhì)量單位千克重新定義后質(zhì)量量值傳遞技術(shù)關(guān)鍵問題。”何運(yùn)部說，我國(guó)的“高準(zhǔn)確度真空質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)”靈敏度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為保障未來我國(guó)質(zhì)量量值與國(guó)際等效一致奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　保存在法國(guó)巴黎國(guó)際計(jì)量局的國(guó)際千克原器

　　千克由長(zhǎng)度單位推導(dǎo)而來

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　　湖北省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院保存在專用透明盒子內(nèi)的“千克基準(zhǔn)砝碼”

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　　湖北也有千克基準(zhǔn)砝碼

　　就在光谷

　　戴手套隔著綢布拿取每年要校準(zhǔn)

　　千年前

　　古代質(zhì)量單位和長(zhǎng)度單位的情況相似，也有多種多樣的形式。例如：在波斯用卡拉薩作質(zhì)量的單位，約合0.834千克；埃及用格德特，約合9.33克；我國(guó)秦代度量衡制度中規(guī)定：1石＝4鈞，1鈞＝30斤，1斤＝16兩，與現(xiàn)代國(guó)際單位制比較，1斤約合0.256千克；英制中以磅、盎司、打蘭、格令作單位：1磅＝16盎司＝265打蘭＝7000格令。

　　百年前

　　最初的千克質(zhì)量單位是由18世紀(jì)末法國(guó)采用的長(zhǎng)度單位米推導(dǎo)出來的——1立方分米純水在最大密度(溫度約為4攝氏度)時(shí)的質(zhì)量，就定為1千克。1799年法國(guó)在制作鉑質(zhì)米原器的同時(shí)，也制成了鉑質(zhì)千克基準(zhǔn)，保存在巴黎檔案局。

　　然而后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這個(gè)基準(zhǔn)并不準(zhǔn)確。于是在1875年米制公約會(huì)議之后，用含90%鉑、10%銥的合金制成3個(gè)千克原器，選定其中之一作為國(guó)際千克原器。

　　這個(gè)國(guó)際千克原器用三層玻璃罩好，最外一層玻璃罩里抽成半真空，以防空氣和雜質(zhì)進(jìn)入。隨后又復(fù)制了40個(gè)鉑銥合金圓柱體，經(jīng)過與國(guó)際千克原器校準(zhǔn)后，分發(fā)給各會(huì)員國(guó)作為國(guó)家基準(zhǔn)。

　　在第二次世界大戰(zhàn)前，擁有國(guó)際千克復(fù)制件曾是一個(gè)國(guó)家的無上榮耀。

　　十年前

　　跟米原器一樣，千克原器也要進(jìn)行周期性的檢定，以確保質(zhì)量基準(zhǔn)的穩(wěn)定可靠。但是在2007年的一次檢查中，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)國(guó)際千克原器減輕了大約50毫克。國(guó)際質(zhì)量和測(cè)量局的物理學(xué)家里查德·戴維斯說，“我們尚未找出任何合理的原因，還不能確定究竟是標(biāo)準(zhǔn)砝碼的材料質(zhì)量變輕了，還是國(guó)家現(xiàn)行的通用砝碼變重了。”據(jù)中新社

　　“中國(guó)的秤都是通過砝碼校準(zhǔn)，而砝碼自身也需要檢定?！焙芜\(yùn)部介紹，生活中，大家常見的砝碼基本由銅合金、非磁性不銹鋼、鋁合金制成，形狀有塊狀、片狀、環(huán)狀、棒狀等。

　　“湖北省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院也有千克基準(zhǔn)砝碼，即千克元器，作為國(guó)家副基準(zhǔn)，用于市面上砝碼的檢定或?qū)I(yè)質(zhì)量測(cè)量?！彼嘎?，存放在位于光谷的高精度恒溫實(shí)驗(yàn)室里的千克元器，由非磁性不銹鋼制成，有著嚴(yán)格的保護(hù)裝置，里面放有干燥塔，確保環(huán)境濕度達(dá)到要求。

　　“使用它時(shí)，在一個(gè)非常干凈的空間，溫度、濕度要求很高，是實(shí)驗(yàn)室里的實(shí)驗(yàn)室?！焙芜\(yùn)部說，相當(dāng)于在一個(gè)大房間套著的小房間里測(cè)量，不足10平方米。為避免磨損和碰傷，使用過程中，計(jì)量師必須戴上干凈的手套，隔著綢布來拿它，“手一定不能直接沾到千克元器”。

　　1988年5月1日，中南國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心成立，成為全國(guó)較早的大區(qū)級(jí)國(guó)家法定計(jì)量鑒定機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)就有了中南大區(qū)最高等級(jí)的E1等級(jí)砝碼及標(biāo)準(zhǔn)裝置。

　　“國(guó)內(nèi)共有六個(gè)副基準(zhǔn)，與國(guó)家基準(zhǔn)一樣，也是不能隨便亂動(dòng)它的。中南地區(qū)的唯一一個(gè)就在我們這里。”何運(yùn)部說，湖北省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院的千克元器是經(jīng)國(guó)家鑒定、批準(zhǔn)的計(jì)量器具，通過與國(guó)家基準(zhǔn)比對(duì)或校準(zhǔn)來確定其量值，其地位僅次于國(guó)家基準(zhǔn)。一旦國(guó)家基準(zhǔn)出現(xiàn)損壞，副基準(zhǔn)可以代替國(guó)家基準(zhǔn)。

　　“我們每年都會(huì)拿去中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院校準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)計(jì)量組織的千克元器校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是一年一次，通過天平校準(zhǔn)，基準(zhǔn)就是我國(guó)自己的‘IPK’。”何運(yùn)部說，到了一定時(shí)候，每個(gè)國(guó)家還會(huì)拿著“自家”的質(zhì)量單位基準(zhǔn)器去國(guó)際度量衡大會(huì)上比對(duì)，一般3—5年是一個(gè)校準(zhǔn)周期，以保障各國(guó)質(zhì)量量值與國(guó)際等效一致。比對(duì)完后，我國(guó)會(huì)把比對(duì)好的標(biāo)準(zhǔn)帶回來，逐級(jí)傳遞到國(guó)內(nèi)計(jì)量部門。

　　由于未來的質(zhì)量單位將在真空中實(shí)現(xiàn)，而日常生活的質(zhì)量工作標(biāo)準(zhǔn)——砝碼仍是在空氣中使用的，這給質(zhì)量量值的傳遞方式帶來了一系列問題——除了需要將保存在真空中的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到空氣中外，還必須對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和實(shí)時(shí)修正。

　　記者高萌

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