國際計量單位「公斤」重新定義 工研院率先投入矽晶球質量新標準

2018-10-24 17:53

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工研院24日舉辦「SI質量新標準-矽晶球歡迎儀式記者會」,院長劉文雄(右三)宣布將投入全球最新的矽晶球法實現公斤新定義。(圖/工研院提供)

工研院24日舉辦「SI質量新標準-矽晶球歡迎儀式記者會」,院長劉文雄(右三)宣布將投入全球最新的矽晶球法實現公斤新定義。(圖/工研院提供)

國人熟悉的計量單位「公斤」,在定義上將面臨百年來重大變革!隨著量測標準日益精進及現有的標準「鉑銥公斤原器」潛藏著數十微克之質量漂移,國際度量衡局規劃以普朗克常數重新定義公斤。因應此全球新國際單位制的重大變革,工研院積極投入新公斤定義的研究與建置,今(24)日舉辦「SI質量新標準-矽晶球歡迎儀式暨技術研討會」,宣布台灣接軌國際,將投入全球最新的矽晶球法實現公斤新定義,並由德國聯邦物理技術研究院院長Joachim H. Ullrich親自來台遞交此新公斤質量傳遞的關鍵矽晶球,象徵開始新定義的里程碑。

工研院將投入全球最新矽晶球法 實現公斤新定義

工研院院長劉文雄表示,在經濟部支持下,工研院過去30多年來以量測標準能量維繫國家計量技術主權,維持國家最高計量標準,滿足國家於科技、產業、民生及安全之量測儀器追溯校正需求,使台灣產業符合國際標準並在國際間具有領導優勢。隨著國際基本單位的重新定義,工研院也將持續精進,投入矽晶球法之相關技術建置,以精準實現由普朗克常數所定義之公斤,確保國家最高量測標準及自主追溯。

經濟部標準檢驗局局長劉明忠表示,2018年對計量領域而言,無疑是百年一遇的大挑戰,包括七個基本單位中即有公斤、安培、克耳文和莫耳四個基本單位將重新定義。為確保我國質量標準追溯不受新定義實施的影響,標準檢驗局強力支持工研院積極進行新公斤質量量測系統之建置,希望藉此協助推動高科技產業發展,掌握精密的量測數據,未來世代的工業4.0生產自動化、物聯網及大數據等嶄新技術,皆需要精準的量測來協助這些技術趨向更精密、更準確。

德國聯邦物理技術研究院院長Joachim H. Ullrich表示,德國聯邦物理技術研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt,簡稱PTB)是全球聞名的計量和測試科研機構,主要進行計量學基礎研究和應用技術開發,與台灣國家度量衡標準實驗室有長期的合作。國際間最新國際度量衡委員會(CIPM)啟動質量新定義的研究,最大的特色是用​更穩定的量子力學常數-普朗克常數(h)來重新定義「公斤」,來確保量測技術之穩定性,降低不確定度。

為因應工業4.0及大數據時代來臨,對於精準量測的需求,藉由矽晶球法進行新質量標準系統之建置,預計於2018年11月之第26屆國際度量衡大會(CGPM)中通過國際計量單位新定義,並於2019年5月20日起正式實施,使國際間有共同一致標準。

工研院量測中心同時也為國家度量衡標準實驗室主任林增耀表示,目前各國國家計量機構主要採用兩種方法來實現質量的新定義,其一為瓦特天平法;另一方法為矽晶球法。矽晶球法為透過計數矽晶球中矽原子數量的方式來實現新公斤定義。取自自然界的矽經過純化、長晶、切割、研磨與拋光多道程序,製造出矽28純度超過99.99%、直徑為93.7mm且真圓度為數十奈米的完美球體。

工研院率先投入矽晶球質量新標準,此矽晶球為矽28純度超過99.99 %、直徑為93.7 mm且真圓度為數十奈米的完美球體。(圖/工研院提供)
工研院率先投入矽晶球質量新標準,此矽晶球為矽28純度超過99.99 %、直徑為93.7 mm且真圓度為數十奈米的完美球體。(圖/工研院提供)

藉由計數矽晶球內含有多少顆矽原子,再乘以單顆矽原子平均質量,來準確計算出矽晶球的質量,並連結至普朗克常數。工研院採用矽晶球法來實現新公斤定義,以維持台灣的質量標準與世界各國的一致性。

林增耀進一步指出,由於隨著新國際基本單位定義發布,原實施我國質量最高標準之78號鉑銥公斤原器,將降為二級標準,因此,為了維持國家最高量測標準及我國計量主權,並與國際標準同等地位,確保我國質量標準追溯不受新定義實施的影響,工研院國家度量衡標準實驗室將採用矽晶球法直接實現以普朗克常數h重新定義之質量單位「公斤」,德製矽晶球日後將取代成為我國最原級質量標準,以確保公斤數值之穩定性,使台灣的質量標準與世界各國一致。

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