完善我國極低溫區(qū)基準(zhǔn)建設(shè) 測溫裝置測得“中國溫度”

作者： 2021年12月01日 來源： 瀏覽量：
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什么是極低溫？通常指-248.5939℃以下。極低溫有什么用？深空探測、可控核聚變裝置等50%以上的大科學(xué)裝置的核心部件都需要在穩(wěn)定的極低溫環(huán)境中運(yùn)行?！　∪绾螠y量極低溫？靠一種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)
　　什么是極低溫？通常指-248.5939℃以下。極低溫有什么用？深空探測、可控核聚變裝置等50%以上的大科學(xué)裝置的核心部件都需要在穩(wěn)定的極低溫環(huán)境中運(yùn)行。
 
　　如何測量極低溫？靠一種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來測量，而這種溫度計(jì)國內(nèi)還不到10支——它們已經(jīng)“服役”近半個(gè)世紀(jì)了。是的，你沒看錯(cuò)，只有不到10支。
 
　　而更嚴(yán)重的是，長期以來，我國在極低溫區(qū)只有標(biāo)準(zhǔn)，基準(zhǔn)建設(shè)并不完整?；鶞?zhǔn)，是全球治理體系和經(jīng)貿(mào)合作發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)；溫度基準(zhǔn)，是現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究最底層的地基之一，能否測定溫度基準(zhǔn)是國家科技水平和綜合國力的象征之一。在極低溫區(qū)沒有基準(zhǔn)，就意味著我們無法判斷這些標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)在這一溫區(qū)是否準(zhǔn)確，要送到有能力測定基準(zhǔn)溫度的國家進(jìn)行校準(zhǔn)。
 
　　測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。
 
　　對我們這樣一個(gè)大國來說，主動權(quán)掌握在別人手中，是一件危險(xiǎn)的事。如今，這種情況得到了改變。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所正高級工程師高波帶領(lǐng)的國際研究團(tuán)隊(duì)，原創(chuàng)性地提出了“定壓氣體折射率基準(zhǔn)測溫原理”，并在2020年建成了極低溫區(qū)基準(zhǔn)級測溫裝置。高波的眼睛里閃爍著光彩：“在-268.15℃~-248.65℃溫區(qū)，我國建成的首套基準(zhǔn)級測溫裝置，準(zhǔn)確度和測量速度均為世界第一?！?br />  
　　現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)體系之所以可以成為“世界語言”，一個(gè)很重要的原因是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。在人類社會發(fā)展相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，計(jì)量單位多是基于看得見、摸得著的實(shí)物來定義。實(shí)物再如何精心保存，時(shí)間長了也會出現(xiàn)變化，細(xì)微的元素差異，都會給準(zhǔn)確度帶來差別。隨著科技的發(fā)展，大家對計(jì)量的精確度要求越來越高，這種用實(shí)物定義單位的方法在長期穩(wěn)定性和全球通用性方面的缺陷就逐漸凸顯。
 
　　于是，科學(xué)家們將目光投向了穩(wěn)定的自然常數(shù)——從2019年5月20日起，國際單位制發(fā)生變革，基本單位改由自然常數(shù)定義。溫度也是如此。誰能更快、更準(zhǔn)地基于自然常數(shù)建立基準(zhǔn)級測溫裝置，誰在未來就擁有更多的話語權(quán)。
 
　　極低溫區(qū)基準(zhǔn)級測溫裝置不僅填補(bǔ)了我國在溫度計(jì)量領(lǐng)域的空白，實(shí)現(xiàn)了這一溫區(qū)量值溯源的自主可控，更實(shí)現(xiàn)了“零”的突破——我國科研人員參與到極低溫區(qū)國際溫標(biāo)賦值的工作中，目前，這種中國原創(chuàng)的方法已被國際溫度咨詢委員會收錄，獲得了國際認(rèn)可；這套裝置，也成了極低溫區(qū)測溫裝置的世界級“標(biāo)桿”。 換句話說，我們可以將它測得的溫度稱為“中國溫度”。
 
　　掌握溫度溯源的頭部技術(shù)，不僅對我國科技發(fā)展、工業(yè)發(fā)展具有重大意義，“中國溫度”的作用也將在國際范圍的科研項(xiàng)目和工業(yè)領(lǐng)域逐步顯現(xiàn)。
 
　　資料來源：光明日報(bào)
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