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Oct 31, 2023

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15 novembre 2022

2022 年 11 月 15 日

国立物理学研究所による

2019 年に、国際単位系 (SI) が自然界に関連する定数の観点から再定義されました。 これにより、SI の将来の安定性が保証され、新しい定義を実装するために量子技術を含む新しい技術を使用する機会が開かれます。 この絶え間なく向上する精度は、合意された測定単位の定義に裏付けられた安定した測定基準によって実現される必要があります。

現在、キログラムは、自然界の基本定数であるプランク定数によって定義されており、以前はワット天秤と呼ばれていたキブル天秤を使用して実現できます。キブル天秤は、1970 年代に NPL で装置を開発したブライアン キブルにちなんで改名されました。 NPL の Mass グループは、ブラジルの INMETRO の超音波研究所と協力して、基準レベルの超音波パワー測定を実行するためのプロトタイプのベンチトップ Kibble 天びんを設計および構築しました。この測定は、現在従来の質量天びんを使用して行われています。

このプロトタイプの放射力天秤 (RFB) は、プランク定数の固定値を介して実現されるように、超音波出力の測定を SI 質量単位まで直接追跡可能にします。 超音波パワー測定の新しい技術により、局所的な重力加速度を測定する必要がなくなり、重力補正を行うことなく地球上のどこでも超音波パワーを測定できるようになります。

超音波は産業および医療目的で広く使用されています。 産業界では、高価値の製造コンポーネント (航空機部品など) をテストするために使用されます。 医療用途では、組織の加熱、切除または断片化などの治療目的や、身体の内臓の非侵襲的な画像を取得できる診断に使用されます。

超音波の最も一般的な用途の 1 つは、妊娠中に胎児の発育を監視することですが、心臓、血管、目、甲状腺、乳房、筋肉などの画像を生成するためにも使用できます。 したがって、安全性と効率性の理由から、出力電力レベルを正確に測定する必要があります。 現在のトレーサビリティでは、標準分銅で検証された従来の質量天秤を使用して、一般的に約 7% の不確かさで一次超音波パワーメーターを校正しています。

したがって、この分野にキブル バランス テクノロジーを適用すると、トレーサビリティ チェーンが簡素化され、超音波パワー メーターの校正の再現性と精度が向上する可能性があります。 より正確な測定は科学技術の進歩を促進し、ひいてはより正確な測定が可能になります。

NPL の主任研究員であるスチュアート・デイビッドソン氏は、「これは、新しい SI 基本単位の定義によって可能になった次世代テクノロジーを使用して、測定を簡素化し、エンドユーザー レベルでの精度を向上させる方法を示す良い例です。」と述べています。

NPL の高等研究員であるエミリー・ウェブスター氏は、「超音波パワー測定の分野におけるキブルバランス技術の導入に貢献できて大変うれしく思います。これは、 「使用時点での新しい SI です。このプロジェクトは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックの最中に実施されましたが、その成功は、リモートのみの対話という課題を克服するためのパートナーの創造性と取り組みを浮き彫りにしています。」

INMETRO の科学者である Ruan Mayworm 氏は、「この研究は、キブル バランス原理を使用して超音波パワーを測定する実現可能性を実証し、SI への直接のトレーサビリティを備えた、より正確で正確な超音波パワー測定システムの開発への扉を開きました。良好な結果が得られたのは、INMETRO と NPL との協力があってこそ可能であり、世界中の計量学の発展にとって、さまざまな国立計量研究所間の協力が重要であることが実証されました。」

INMETROの超音波研究所所長であるロドリゴ・コスタ・フェリックス氏は、このような協力の重要性を強調し、「このプロジェクトの関連性は2つあります。まず、キブル天秤が適度な精度で超音波パワーを測定できるという概念を証明することができました。 「第二に、計測学は学際的かつ多分野の相互作用から非常に大きな恩恵を受ける科学であることが明らかになりました。この点におけるNPLの支援は注目に値するものでした。」と彼は述べた。

国立物理学研究所提供