1 0 0 0 OA 電子天びんを用いた真空中での質量測定
- 著者
- 水島 茂喜 植木 正明 根津 嘉明 大岩 彰
- 出版者
- The Vacuum Society of Japan
- 雑誌
- 真空 (ISSN:05598516)
- 巻号頁・発行日
- vol.43, no.3, pp.181-183, 2000-03-20 (Released:2009-10-20)
- 参考文献数
- 10
A new electronic mass comparator, capable of automatic weighing in vacuum, was introduced into the National Research Laboratory of Metrology. The standard deviation of 0.1 μg, a factor of 3 smaller than the standard deviation of the best previous measurement using a mechanical balance, was achieved for the mass comparison between two 1-kg weights. For eight days, mass difference of two 1-kg weights with the surface area difference of 66.7 cm2 was measured in vacuum. We observed an outgassing rate of 9×10-6 Pa·3·s-1·m-2 after an evacuation for 3.9-6.8 hours, and below 6×10-9 Pa·m3·s-1·m-2 after an evacuation for 107 hours. Residual gas in the vacuum chamber, which housed the electronic mass comparator, was analyzed to monitor the oil contamination. At a total pressure of 5.5×10-4 Pa, we observed the main peaks due to hydrocarbon at 41, 43, and 57 amu with a partial pressure of 3×10-6 Pa.
近年、普遍的な基礎物理定数によって、キログラムを定義することが検討されている。これまでに我々は、シリコン単結晶の密度などからアボガドロ定数を高精度に測定し、定義改定実現のための研究を進めてきている。アボガドロ定数測定の高精度化には、密度測定に必要なシリコン単結晶球体体積測定の高精度化が支配的な役割を果たす。本研究ではキログラムの基礎物理定数による定義実現のため、次の研究開発を行う。1) 質量1 kgのシリコン単結晶球体の直径を、ほぼ原子間距離に等しい0.3 nmの精度で測定する青色半導体レーザー干渉計を開発し、球体体積を1.0E-8の精度で決定する。2) 28Si同位体濃縮シリコン結晶を用い、アボガドロ定数を世界最高精度(1.4E-8)で決定する。この目標を達成するために、以下の項目を平成29年度に実施した。1)Si球体直径測定用青色半導体レーザー干渉計開発:426 nm付近で光周波数チューニングが可能なシステムを構築した。光周波数の基準には長さの国家計量標準である「光コム」を用い、モードホップのない20 GHzの範囲にわたる光周波数掃引を可能とした。2)28Si単結晶球体を用いたアボガドロ定数測定:28Si単結晶球体の直径測定、質量測定、表面分析を実施し、アボガドロ定数を世界最高精度(1.2E-8)で決定した。新たなキログラムの定義は、原子の質量と密接に関連するプランク定数となる予定である。科学技術データ委員会(CODATA)は、2017年10月に新たなキログラムの基準となるプランク定数の値を決定した。この値の決定に、本研究で決定したアボガドロ定数から導出したプランク定数も採用されている。これは、1889年に国際キログラム原器によって質量の単位が定義されて以来、130年ぶりとなる定義改定に大きく貢献する歴史的な成果である。