2021 年度実施状況報告書

水銀フリー温度標準の実現に向けた熱力学温度に基づく新規温度定点の開発と評価

研究課題

研究課題/領域番号	21K14543
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	河村泰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, 主任研究員 (80803858)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	温度標準 / ITS-90 / 三重点 / 精密温度計測 / キセノン
研究実績の概要	水銀フリー温度目盛の実現に向けて、水銀の三重点(T90準拠で234.3156 K)の代替候補の一つとして、不純物分析を行った高純度キセノンガスを用いて新規三重点セルを作製した。今後、作製した三重点セルを用いて、Xe三重点温度の不純物依存性に関する評価を行う予定である。また、これまで開発してきた代替候補の一つであるSF6の三重点(T90準拠で223.5565 K)を用いて標準白金抵抗温度計(SPRT)を校正、電気抵抗の温度依存性を基準関数・偏差関数を用いて構築し、水銀の代替としてSF6を用いた水銀フリー温度目盛(TSF6)を実現した。TSF6のノンユニークネスを評価するとともに、既存の国際温度目盛(T90)と比較評価した結果、TSF6とT90はT90実現の不確かさの範囲で同等であることを明らかにした。本成果について国際計測連合世界大会(IMEKO2021)にて発表、proceedings 1件の投稿を行い、Best Paper Awardを受賞した(Y. Kawamura and T. Nakano, Evaluation of the temperature scale of SPRT calibrated at the triple point of sulfur hexafluoride, Measurement:Sensors, 18, 100211, 2021)。一方で、水銀の三重点の代替候補のうちSF6の三重点、CO2の三重点(T90準拠で216.5909 K)の熱力学温度Tを、熱音響気体温度計(AGT)で計測することを目指した準備も進めている。開発したSF6の三重点セル、CO2の三重点セルを用いて評価したSPRTをAGTに組み込み、AGTを冷却するための恒温槽のセットアップを行った
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由昨今の情勢により、高純度キセノンガス及び治具の納入が遅れ、高純度キセノンガスを用いた三重点セルの作製に時間が掛かってしまっている。一方で、これまで開発してきた水銀の三重点の代替候補を用いた温度目盛の実現、及び評価については順調に進んでいる。熱力学温度計測に関しては、これまでに開発した水銀の代替候補であるSF6の三重点、CO2の三重点を用いてSPRTを校正し、計画通りにAGTに組み込んだ。一方で、AGTの圧力容器を冷却し圧力をかけた際に気体の漏れが生じることが判明した。原因は容器接続の低温・高圧における耐性が不十分であったためであり、低温・高圧に耐えうる構造に変更する予定である。
今後の研究の推進方策	【Xeの三重点の高精度実現】作製したキセノンの三重点セルを用いて断熱カロリメトリ装置を構築し、Xeの三重点の高精度実現と評価を行う。【新規温度定点候補の熱力学温度測定】AGTの圧力容器を低温・高圧に耐えうるよう改修し、開発したSF6の三重点、CO2の三重点を用いて校正されたSPRTを組み込んだAGTで、それぞれの熱力学温度Tの計測を目指す。