国际单位制基本单位之一：摩尔（mole）——现代计理科学专题之八

摩尔是SI基本单位之一，摩尔对化学和物理计量很重要。摩尔的采纳使化学有了基本单位，从而结束了无量纲的历史。通过阿伏伽德罗常量、摩尔质量等，实现了化学各量之间的换算，同时有可能重新定义质量单位－千克．国际计量界已全面合作，致力于不断提高测量阿伏伽德罗常量的准确度，并已经取得一定成就。当前准确测量阿伏伽德罗常量的技术关键主要是制备高纯的、完美无缺的、超高圆度的单晶硅球；准确测量其直径、圆度、密度、原子量、晶格常量、空穴等。     

测定阿伏伽德罗常量

阿伏伽德罗常量是物理学、化学的极其重要常数之一。现有多种方法测定。本文介绍用X射线粉末法测定晶格常量并算出阿伏伽德罗常量。     

激光功率和能量计量技术的现状与展望

功率和能量是激光器的两个基本参数,激光功率和能量测量一直是激光参数计量中最基础的测量工作.总结了美国标准技术研究院(NIST)、英国国家物理实验室(NPL)以及中国国家计量院(NIM)在激光功率能量计量方面的技术现状,重点介绍了国防科工委光学计量一级站激光功率能量计量方面已具备的条件,详细说明了所采用的测量原理以及所达到的测量范围和测量不确定度等技术指标.提出了激光功率和能量计量的发展趋势和发展方向.     

太赫兹计量研究与标准研制进展

太赫兹作为新的技术手段在物质成分识别、高速通信、生物医学、安检成像和军事国防等领域具有重要的作用。太赫兹技术的各种应用都建立在对太赫兹本身及其与物质相互作用测量的基础上，因此准确的太赫兹参数测量及相关量值溯源是太赫兹应用的技术支撑和保障。介绍中国计量科学研究院在太赫兹辐射参数计量标准研究中形成的测量技术和溯源方法、研制的测量仪器和测量装置、制定的计量校准法规和建立的计量标准装置，对太赫兹辐射时域、频域、空域和强度等参数给出了量值溯源传递图并进行了测量不确定度分析。提出的太赫兹计量方法和标准装置可保障太赫兹技术研究和应用中的量值可靠，也可为其他太赫兹参数的测量提供参考。     

能量天平及千克单位重新定义研究进展

质量单位千克是国际单位制7个基本单位中惟一一个仍以实物定义和复现的基本单位.作为一种实物,其量值必然会因为环境因素及使用时的磨损而发生变化.但由于缺少更高一级的参考标准对其进行考察,国际千克原器的真实变化情况无从得知.国际计量委员会建议采用普朗克常数对千克重新定义,号召各个国家开展普朗克常数的精密测量研究工作,并要求至少有三种独立方案提供有效测量数据.自20世纪70年代起,英、美等国采用功率天平方案进行研究,国际阿伏伽德罗常数合作组织则采用了X射线单晶硅密度的方案.为了应对国际单位制的重大变革,2006年中国计量科学研究院提出了用能量天平法测量普朗克常数的新方案,其特点是可避免国外方案中困难的动态测量.2013年原型实验装置研制成功,证实了能量天平方案原理可行.此后,中国计量科学研究院开始了新一代能量天平装置的研制.2017年5月,中国计量科学研究院提交了普朗克常数的测量结果,不确定度为2.4×10~(-7)(k=1),该数据被国际科学数据委员会收入参考数据库.但由于数据的不确定度尚未进入10~(-8)量级,未被用于普朗克常数的定值.目前中国计量科学研究院正对几项主要的不确定度来源进行研究,预计在未来的两年内达可到10-8量级的不确定度.     

邮票上的物理学史39--电子的发现

19世纪末,经过玻尔兹曼等人的努力,原子论刚刚得到科学界的普遍承认."原子”的本意是"不可分割的”,人们认为,每种元素由一种原子构成,氢原子是自然界中最小的粒子.对于自然界中还存在质量和线度比原子小得多的粒子,人们完全没有思想准备.在这样的背景下,可以想像,在当时提出电子的概念并确定其存在,是多么具有革命性. 电子这个名称,原是英国物理学家斯通尼(G.J.Stoney)于1874年提出的.从法拉第电解定律可以推出,1 mol任何原子的单价离子永远带有相同的电量,即法拉第常数F.但1 mol任何原子的数量都是N,N是阿伏伽德罗常量,这就使人想到,电荷的基本单元应当是e=F/N,斯通尼称之为电子.不过,当时N的测量值很不准确,因此斯通尼只能推算出e的大概数值.     

齿形链板的图像测量

针对齿形链链板的几何参数及圆度提出了一种基于CCD图像的测量方法。在一个系统中实现了尺寸和形状的非接触测量。首先对CCD采集的齿形链链板进行降噪处理,然后用二值化方法分割图像,最后提取图像边缘。在测量尺寸时,使用自编程序计算测量链板的孔径、两直边的夹角、节距,并用最小二乘圆法对圆度误差进行了评定。节距、两直边夹角和圆度误差分别为0.007mm,0.473°和8.4μm,分析了测量误差的原因。实验表明,用该方法对齿形链链板的几何尺寸测量和圆度误差评定是可行的。     

高频圆电流磁场中导体环所受电磁悬浮力的实验测量

利用扭秤的高灵敏度和稳定性测量了高频圆电流对导体的电磁悬浮力。通过对与高频圆电流同轴细导体环距高频圆电流平面不同高度所受电磁悬浮力的测量，得到了导体环表面单位面积受纵向电磁悬浮力的分布。与理论计算结果进行对比分析，结果表明，在导体环与圆电流平面距离较大时实验曲线与理论曲线相吻合，从而为电磁悬浮实验提供了一种简便而准确的测量手段。     

6328He-Ne激光的真空波长和重复性

一、为什么要测量激光波长 和它的重复性 利用激光的高度相干性而制成的激光干涉仪,目 前在计量和工业生产部门已经成了非常有效的实用工 具,例如在激光比长仪中,1米长度的测量准确度可达 土0.2微米,而几十米长度的测量误差也可达百万分 之一左右.在激光器出现之前,要达到这样的测量准 确度是完全不可能的.这种激光干涉仪通常都要使用 频率稳定的单频He-Ne激光器作为测量的波长标准. 随着激光干涉仪的应用日益普及,生产和使用这种稳 频He—Ne激光器的单位越来越多,为了能正确使用这 种稳频激光器,必须知道其输出激光的准确波长值和 它们的…     

基于X射线掠射法的纳米薄膜厚度计量与量值溯源研究

为了实现纳米薄膜厚度的高精度计量,研制了可供台阶仪、扫描探针显微镜等接触测量的纳米薄膜样片,研究了X射线掠射法测量该纳米薄膜样片厚度的基本原理和计算方法,导出了基于Kiessig厚度干涉条纹计算膜层厚度的线性拟合公式,并提出了一种可溯源至单晶硅原子晶格间距和角度计量标准的纳米膜厚量值溯源方法,同时给出了相应的不确定度评定方法.实验证明:该纳米薄膜厚度H测量相对扩展不确定度达到U=0.3 nm+1.5%H,包含因子k=2.从而建立了一套纳米薄膜厚度计量方法和溯源体系.     

有可能用自然基准来定义“千克”吗?

众所周知,国际单位制(SI单位制)中有7个基本单位,它们是长度单位——米,质量单位——千克,时间单位——秒,电流单位——安培,温度单位——开尔文,发光强度——坎德拉和物质之量——摩尔。除了质量单位——千克外,其余6个单位都给定了明确的科学定义,例如: 1967年第十三届国际计量大会重新规定了时间位的定义:“秒是铯-133原子基态的两个超精细能及之间跃迁昕对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间”。 1971年第十四届国际计量大会规定:“摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数相等”。 1983年第17届国际计量大会通过了米的新定义,即:“1米是光在真空中在1/299 792 458秒的时间间隔内行程的长度。”这一定义对提高长度的测量精度,保证基准的稳定性和可复现性都十分有利。 现在只剩下质量单位千克还要靠公认的实物——国际千克原器充当基准。这实在是和科学技术日新月异的发展形势极不相称。有人戏称国际千克原器是计量科学中的“末代皇帝”,早就该送进历史博物馆去了。     

高精度OTF标准望远镜的研制

为了建立光学计量标准的需要，研制了光学传递函数标准望远镜。研制中采用了一系列高精度的光学设计、制造和检测技术，本文总结设计原则和设计方法、光学结构参数测量、ＭＴＦ准确计算、ＭＴＦ测量以及ＭＴＦ的不确定度评定等一些关键技术问题。最后，介绍标准望远镜的主要技术性能。实测结果表明，其ＭＴＦ扩展不确定度达到轴上００３，轴外００６，是迄今国际报道的最好结果。     

紫外-真空紫外成像光谱仪校准技术研究

紫外-真空紫外成像光谱仪在我国空间探测中的应用越来越广，在其研制过程中需对其进行校准，但目前国内尚无针对紫外-真空紫外成像光谱仪的计量标准，无法保证测量结果的准确可靠。该文设计了一种紫外-真空紫外成像光谱仪校准装置，实现对紫外-真空紫外成像光谱仪的光谱范围、波长、光谱响应度、空间角分辨率、均匀性等参数的校准。经测试验证，波长测量不确定度为0.080 nm（k=2），光谱响应度测量不确定度为6.8%（k=2），空间角分辨率测量不确定度为0.022 mrad（k=2），均匀性测量不确定度为4.2%（k=2）。     

基于Java的车轮不圆度数据采集分析系统设计

为实现车轮不圆度激光测量仪与计算机串口之间的数据通信,设计了一套基于Java数据采集分析系统,实现了车轮不圆度测量数据与计算机串口之间的动态采集、显示、分析处理、存储等功能,同时具有友好的人机交互界面,具备实时性、可靠性、安全性特点;测试结果表明基于Java数据采集分析系统为现场车轮不圆度数据采集与分析提供了技术支持。     

双波长β修正理论对银和其络合物化学计量比测定的研究

在ｐＨ≥１１碱性溶液中，银（Ａｇ）与铬黑Ｔ（ＥＢＴ）反应生成棕黄色络合物，本文应用β修正新双波长光度法研究银及其络合物化学计量比的测定，由于它能完全消除除显色体系中过量ＥＢＴ干扰，计算出产物真实吸光度，使得该方法分析灵敏度，精密度和标准度均高于单波长比色法，络合物组成比测定比传统法简单，准确，易理解，而且络合剂络合百分率（η％）及络合物实际摩尔吸光系数（εｐ）首次被测得，分析结果表明，银在０－０４     

物理测量中的不确定度表示指南

不确定度表示是计量工作标准化,也是科学实验中的重要问题,1980年国际计量局作出了关于实验不确定度的规定建议书INC-1,并于1981被国际计量委员会采纳,1986年国际计量委员会又作出决议,要求将INC-1 用于有关工作.为了在更广泛的基础上取得统一,国际标准化组织(ISO)、国际计量委员会(CIPM)、国际法制计量组织(OIML)、国际电工委员会(IEC)共同商定成立了不确定度表示组 ISO/TAG4/WG3,并着手起草一个较详细的具有指导性的文件,以加强不确定度如何得到的完整信息和提供测量结果国际比对的基础.1989年10月工作组在西柏林召开会议,工…     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na2KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na2KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na2KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na2KSb膜层中的锑超过Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na2KSb膜层中的锑达到Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na2KSb膜层的化学计量比是否达到2∶1∶1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na2KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na2KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

用约定真值概念测量圆柱体和球的体积

很多物理实验课本讲到测量圆柱体和球的体积,都是在测量直径和圆柱体的高时在不同部位进行多次测量,计算多次测量值的平均值和标准误差,进而计算其体积和误差。我认为,任意地进行多次测量以及用多次测量值的标准误差作为直径或高的误差是欠妥的。其一,多次测量值之间稍有不同是圆柱体的圆度的误差和两底面的不严格平行,或球的圆度的误差造成的。如果在等间隔的不同部位进行多次测量,则并非测     

ICP-AES测定沘江流域农田土壤中重金属元素Pb的不确定度评定

土壤是人类及各种生物赖以生存的环境基础,土壤中重金属元素的含量高低与人类的生活及各种生物的生存息息相关,其含量达到一定程度时则会危及人类及各种生物的健康,因此,准确测定土壤中的重金属元素含量就显得极为重要,具有极强的现实意义,而测量不确定度可判定测量结果的准确程度.本文以测定研究项目中所采集的沘江流域农田土壤中重金属元素Pb为代表,通过ICP-AES测定土壤样品中重金属元素Pb的不确定度的评定实践,分析了该方法测定过程中的不确定度来源,建立了数学模型,并计算了各标准不确定度分量、合成标准不确定度、扩展不确定度等,为准确评定研究项目土壤中的重金属污染程度提供了科学依据.     

双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽