2016 Fiscal Year Annual Research Report
Research to realize the definition of the kilogram based on the fundamental constants
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16H03901
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
倉本 直樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 主任研究員 (60356938)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲場 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物理計測標準研究部門, 研究グループ長 (70356492)
大久保 章 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物理計測標準研究部門, 主任研究員 (30635800)
藤井 賢一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 首席研究員 (50357901)
水島 茂喜 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 主任研究員 (60358091)
藤田 一慧 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 研究員 (80759952)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 標準 / 基礎物理定数 / 光周波数制御 / 超精密計測 / アボガドロ定数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、普遍的な基礎物理定数によって、質量の単位「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精密に決定し、原子の質量を基準としてキログラムを定義するための研究を進めてきている。アボガドロ定数高精度化には、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。そこで、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28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：430 nm付近で20 GHzにわたる光周波数チューニングが可能なシステムを構築するための光学素子などの仕様を決定し、購入した。また、青色レーザーに対応した特殊コーティングを施した光学部品の仕様を決定し、購入した。
２．自然同位体比Si単結晶球体による測定精度検証：平成29年度以降に実施する28Si単結晶球体の直径測定、質量測定、表面分析に備え、各測定の精度検証を行った。検証のための測定には産業技術総合研究所が保有する質量1 kgの自然同位体比Si球体を用いた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
青色半導体レーザー干渉計の開発には、430 nm付近で20 GHzにわたってモードホップなしに光周波数チューニングが可能なシステムおよび青色レーザーに対応した特殊なコーティングを施した光学部品が必須である。光周波数チューニングシステム構築に必要な光学素子はすでに購入ずみであり、長さの国家標準である「光コム」を基準とした光周波数チューニングシステム構築のめどがたった。また、青色レーザーに対応した特殊なコーティングを施した光学部品をすでに購入ずみであり、青色半導体レーザー干渉計構築のめどがたった。
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| Strategy for Future Research Activity |
光周波数チューニングシステムと特殊光学部品を組み合わせ、青色半導体レーザー干渉計を構築する。28Si同位体濃縮単結晶球体を用いて、体積測定、質量測定、表面分析を実施し、アボガドロ定数を決定する。アボガドロ定数決定の詳細を論文としてまとめて投稿する。
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