国际千克原器重了50微克要退休 千克将被重新定义

　　日前，放置在法国巴黎的国际千克原器近期备受关注，因为有消息称，这个有着128岁高龄的铂铱合金圆柱体将在2018年结束历史使命——明年初，包括“千克”(质量)、“开尔文”(温度)、“安培”(电流)、“摩尔”(物质的量)在内的4项国际单位将被重新定义。

　　平日里，老百姓买个菜都会涉及“斤两”的问题，“千克”这一国际单位的重大变革，会给人们生活带来什么影响？长江日报记者采访湖北省计量测试技术研究院力学计量技术研究所副所长、国家一级计量师何运部。他表示，科学技术的发展给质量测量带来“福利”，质量测量会变得更科学、更合理、更精确。

　　国际千克原器已有128岁

　　“目前7大国际单位制当中，质量单位‘千克’是唯一可以靠实物复现的。”何运部介绍，定义千克的是一块放在法国巴黎国际计量局保险箱里的标准砝码——在1889年国际计量大会上批准称为国际千克原器(IPK)。

　　IPK由90%铂和10%铱所组成的合金制作，是直径和高各为39毫米的小金属圆柱体。高尔夫球大小的它被保存在真空封存的三层玻璃罩内。全球还有许多IPK的复制品，作为各地区校正单位的标准。

　　“我国也有自己的‘IPK’。”何运部透露，1959年中国确定以公制作为计量制度后，在1965年引进千克质量单位的基准器，“是由国际计量局检定、编号为60的千克基准砝码”，同样为铂铱合金制成，放置在真空中，受多层保护。

　　他表示，国家千克基准各国通常只有一个，目的是为建立国家质量量值传递系统，确保砝码的质量由国家基准器逐级传递下去。

　　已经“发胖”重了50微克

　　随着科技的发展，科学家愈加发现，“千克”这种和实物相联系的定义已经不能满足高精尖科技的需求了。因为实物不能亘古不变——巴黎的IPK已经“发胖”了50微克。专家因此笑称，“这意味着我们比一百多年前的人要‘重’”。

　　国际度量衡委员会(CIPM)的新草案一旦在明年的国际度量衡大会上通过，世界测量技术规则将被重构，国际单位制中科学家假设的数值，将全部改由自然界的基础常数来定义。届时，基于改用普朗克常数定义的质量自然基准将取代IPK，成为国际质量单位新的源头。

　　在何运部看来，国际质量单位千克重新定义“是件好事”，意味着科学技术的发展给质量测量带来“福利”，损耗进一步降低，“质量测量会变得更科学、更合理、更精确。大家不要忘了，秒的重新定义实现了电信、卫星导航等很多技术以及股票市场的精准的计时，成就了数万亿美元的卫星导航定位产品与服务市场。”何运部说，从科学行业来看，包括飞行器、汽车、化学制品、半导体材料、火箭配药等，质量测量都起着至关重要的作用。“质量的精准测量支撑着纳米技术和石墨烯的应用，将提升先进制造中航空发动机的精度、推进精准医疗产业的发展”。

　　普通老百姓会认为，这么高大上的改变似乎和我的生活没啥关系。但像金银首饰的测量其实已经精确到毫克了，IPK过去100年已“胖”了50微克，相当于0.00025克拉钻石的重量。届时国际质量标准发生改变，如果没有跟上改变的节奏，购买黄金、宝石时发生的纠纷可想而知。

　　“但大家不必担心，因为我国已经建立了‘高准确度真空质量测量系统’，成功解决了2018年国际质量单位千克重新定义后质量量值传递技术关键问题。”何运部说，我国的“高准确度真空质量测量系统”灵敏度达到国际先进水平，为保障未来我国质量量值与国际等效一致奠定了技术基础。

　　保存在法国巴黎国际计量局的国际千克原器

　　千克由长度单位推导而来

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　　湖北省计量测试技术研究院保存在专用透明盒子内的“千克基准砝码”

　　<<< 解读

　　湖北也有千克基准砝码

　　就在光谷

　　戴手套隔着绸布拿取每年要校准

　　千年前

　　古代质量单位和长度单位的情况相似，也有多种多样的形式。例如：在波斯用卡拉萨作质量的单位，约合0.834千克；埃及用格德特，约合9.33克；我国秦代度量衡制度中规定：1石＝4钧，1钧＝30斤，1斤＝16两，与现代国际单位制比较，1斤约合0.256千克；英制中以磅、盎司、打兰、格令作单位：1磅＝16盎司＝265打兰＝7000格令。

　　百年前

　　最初的千克质量单位是由18世纪末法国采用的长度单位米推导出来的——1立方分米纯水在最大密度(温度约为4摄氏度)时的质量，就定为1千克。1799年法国在制作铂质米原器的同时，也制成了铂质千克基准，保存在巴黎档案局。

　　然而后来科学家发现，这个基准并不准确。于是在1875年米制公约会议之后，用含90%铂、10%铱的合金制成3个千克原器，选定其中之一作为国际千克原器。

　　这个国际千克原器用三层玻璃罩好，最外一层玻璃罩里抽成半真空，以防空气和杂质进入。随后又复制了40个铂铱合金圆柱体，经过与国际千克原器校准后，分发给各会员国作为国家基准。

　　在第二次世界大战前，拥有国际千克复制件曾是一个国家的无上荣耀。

　　十年前

　　跟米原器一样，千克原器也要进行周期性的检定，以确保质量基准的稳定可靠。但是在2007年的一次检查中，相关人员发现国际千克原器减轻了大约50毫克。国际质量和测量局的物理学家里查德·戴维斯说，“我们尚未找出任何合理的原因，还不能确定究竟是标准砝码的材料质量变轻了，还是国家现行的通用砝码变重了。”据中新社

　　“中国的秤都是通过砝码校准，而砝码自身也需要检定。”何运部介绍，生活中，大家常见的砝码基本由铜合金、非磁性不锈钢、铝合金制成，形状有块状、片状、环状、棒状等。

　　“湖北省计量测试技术研究院也有千克基准砝码，即千克元器，作为国家副基准，用于市面上砝码的检定或专业质量测量。”他透露，存放在位于光谷的高精度恒温实验室里的千克元器，由非磁性不锈钢制成，有着严格的保护装置，里面放有干燥塔，确保环境湿度达到要求。

　　“使用它时，在一个非常干净的空间，温度、湿度要求很高，是实验室里的实验室。”何运部说，相当于在一个大房间套着的小房间里测量，不足10平方米。为避免磨损和碰伤，使用过程中，计量师必须戴上干净的手套，隔着绸布来拿它，“手一定不能直接沾到千克元器”。

　　1988年5月1日，中南国家计量测试中心成立，成为全国较早的大区级国家法定计量鉴定机构，当时就有了中南大区最高等级的E1等级砝码及标准装置。

　　“国内共有六个副基准，与国家基准一样，也是不能随便乱动它的。中南地区的唯一一个就在我们这里。”何运部说，湖北省计量测试技术研究院的千克元器是经国家鉴定、批准的计量器具，通过与国家基准比对或校准来确定其量值，其地位仅次于国家基准。一旦国家基准出现损坏，副基准可以代替国家基准。

　　“我们每年都会拿去中国计量科学研究院校准。国内计量组织的千克元器校对标准是一年一次，通过天平校准，基准就是我国自己的‘IPK’。”何运部说，到了一定时候，每个国家还会拿着“自家”的质量单位基准器去国际度量衡大会上比对，一般3—5年是一个校准周期，以保障各国质量量值与国际等效一致。比对完后，我国会把比对好的标准带回来，逐级传递到国内计量部门。

　　由于未来的质量单位将在真空中实现，而日常生活的质量工作标准——砝码仍是在空气中使用的，这给质量量值的传递方式带来了一系列问题——除了需要将保存在真空中的质量标准传递到空气中外，还必须对环境参数进行测量和实时修正。

　　记者高萌

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