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    光明日报 2021年11月29日 星期一

    极低温区基准级测温装置

    作者:本报记者 齐芳 《光明日报》( 2021年11月29日 01版)

      【晒晒咱的国之重器⑦】

      什么是极低温?

      通常指-248.5939℃以下。

      极低温有什么用?

      深空探测、可控核聚变装置等50%以上的大科学装置的核心部件都需要在稳定的极低温环境中运行。

      如何测量极低温?

      靠一种标准温度计来测量,而这种温度计国内还不到10支——它们已经“服役”近半个世纪了。是的,你没看错,只有不到10支。

      而更严重的是,长期以来,我国在极低温区只有标准,基准建设并不完整。基准,是全球治理体系和经贸合作发展的重要技术基础;温度基准,是现代工业和科学研究最底层的地基之一,能否测定温度基准是国家科技水平和综合国力的象征之一。在极低温区没有基准,就意味着我们无法判断这些标准温度计在这一温区是否准确,要送到有能力测定基准温度的国家进行校准。

      对我们这样一个大国来说,主动权掌握在别人手中,是一件危险的事。

      如今,这种情况得到了改变。中国科学院理化技术研究所正高级工程师高波带领的国际研究团队,原创性地提出了“定压气体折射率基准测温原理”,并在2020年建成了极低温区基准级测温装置。高波的眼睛里闪烁着光彩:“在-268.15℃~-248.65℃温区,我国建成的首套基准级测温装置,准确度和测量速度均为世界第一。”

      现代工业和科学技术体系之所以可以成为“世界语言”,一个很重要的原因是计量标准的统一。在人类社会发展相当长的时期内,计量单位多是基于看得见、摸得着的实物来定义。高波说:“实物再如何精心保存,时间长了也会出现变化,细微的元素差异,都会给准确度带来差别。随着科技的发展,大家对计量的精确度要求越来越高,这种用实物定义单位的方法在长期稳定性和全球通用性方面的缺陷就逐渐凸显。”

      于是,科学家们将目光投向了稳定的自然常数——从2019年5月20日起,国际单位制发生变革,基本单位改由自然常数定义。“温度也是如此。”高波解释,“谁能更快、更准地基于自然常数建立基准级测温装置,谁在未来就拥有更多的话语权。”

      这是一次难得的历史机遇。

      极低温区基准级测温装置不仅填补了我国在温度计量领域的空白,实现了这一温区量值溯源的自主可控,更实现了“零”的突破——我国科研人员首次参与到极低温区国际温标赋值的工作中,目前,这种中国原创的方法已被国际温度咨询委员会收录,获得了国际官方认可;这套装置,也成了极低温区测温装置的世界级“标杆”。 换句话说,我们可以将它测得的温度称为“中国温度”。

      掌握温度溯源的头部技术,不仅对我国科技发展、工业发展具有重大意义,“中国温度”的作用也将在国际范围的科研项目和工业领域逐步显现。

      几年来,高波几乎全年无休地高强度工作。“我们的目标是‘继续向下’。当然,越接近绝对零度,工作越难。”高波略显单薄的身体中,似乎蕴藏着巨大的能量:“但我有信心!我们处在创新的时代,我们能做出更好的工作!”

      (本报记者 齐芳)

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