Development of a method for small mass measurements using the new definition of the kilogram based on the Planck constant
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20H02630
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
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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, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (60356938)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 一慧 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (80759952)
大田 由一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (60737237)
張 麓ルウ 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (50392634)
大久保 章 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30635800)
稲場 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (70356492)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
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| Keywords | プランク定数 / キログラム / 微小質量 / 標準 / 電圧天びん |
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| Outline of Research at the Start |
2019年5月20日、質量の単位「キログラム」の定義が130年ぶりに改定された。新たな定義は物理定数「プランク定数」にもとづく。この歴史的な定義の改定によって、これまで実現することが難しかった、微小な質量をキログラムの定義にもとづき高精度に測定することが原理的に可能となっている。本研究では、このキログラムの定義改定という質量の基準に関する歴史的なパラダイムシフトを積極的に活用し、プランク定数を基準として、1ミリグラムから10マイクログラムの範囲の微小な質量を0.001 %の精度で測定することができる電圧天びんを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年5月20日、質量の単位「キログラム」の定義が130年ぶりに改定された。新たな定義は普遍的な物理定数「プランク定数」にもとづく。この歴史的な定義の改定によって、これまで実現することが難しかった、微小な質量をキログラムの定義にもとづき高精度に測定することが原理的に可能となっている。本研究では、このキログラムの定義改定という質量の基準に関する歴史的なパラダイムシフトを積極的に活用し、以下の項目を実施する。
①プランク定数を基準として、1ミリグラムから10マイクログラムの範囲の微小な質量を0.001 %の精度で測定することができる電圧天びんを開発する。②原子数計測にもとづき質量を測定した微小参照分銅を用いて、①で開発した電圧天びんの健全性を検証する。
令和2年度は以下の項目を実施した。
1. 原子数計測にもとづくシリコン球体質量測定および微小質量分銅の開発：球体体積測定用レーザー干渉計および球体表面分析システムを用い、シリコン単結晶球体の質量をプランク定数を基準として決定した。さらにシリコン単結晶球体を基準として、微小参照分銅の質量を測定した。プランク定数にもとづくシリコン球体質量測定および微小参照分銅の開発結果をまとめ、インパクトファクターの付与された国際誌に論文として発表した。
2. 電圧天びん温度制御システムの開発：外部循環恒温槽で温度を一定に制御された水を循環させることで、電圧天びんの温度を制御するシステムを開発した。温度を一定に制御した条件でステンレス製分銅の質量を測定し、4桁の精度で測定が可能であることをそれらの結果を論文としてまとめ、インパクトファクターの付与された国際誌に論文として発表した。
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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
電圧天びんの高精度化およびその健全性を検証するための微小参照分銅の開発は予定通り順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で、電圧天びんによる質量測定の主要な不確かさ要因は、電気的なノイズおよび振動ノイズである。これらを低減するための改良をすすめ、本課題の目標である0.001 %の精度での質量測定を実現する。
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Report
(1 results)
Research Products
(23 results)
