CCM.M-K8.2024 千克实现关键比对报告概要

CCM.M-K8.2024 千克实现关键比对报告概要

1. 比对背景与目标
本报告描述了基于普朗克常数固定数值的千克定义实现方案的第三次 CCM 关键比对（CCM.M-K8.2024）。自 2019 年 5 月 20 日国际单位制（SI）修订生效以来，千克不再依赖于国际千克原器（IPK），而是通过基布尔天平（Kibble balance）、焦耳天平（Joule balance）和 X 射线晶体密度法（XRCD）进行复现。
本次比对的主要目标包括：

• 评估不同国家计量院（NMI）利用上述三种方法实现千克的一致性水平；
• 为计算第三个“共识值”（Consensus Value）提供数据输入，该值用于国际千克的协调传递；
• 通过与前两次比对（CCM.M-K8.2019 和 CCM.M-K8.2021）结果的对比，确定复现实验的复现性。
  

2. 参与机构与方法
共有 10 个机构参与了此次星型比对，由国际计量局（BIPM）作为主导实验室。参与者使用了以下三种主要方法：

• 基布尔天平（Kibble Balance）： BIPM, LNE (法国), METAS (瑞士), NIST (美国), NRC (加拿大), UME (土耳其)
• 焦耳天平（Joule Balance）： NIM (中国)
• X 射线晶体密度法（XRCD）： CMS/ITRI (中国台北), NMIJ (日本), PTB (德国)
  

各机构将各自的一个或两个 1 kg 质量标准器（包括铂铱合金、不锈钢、钨及硅球）送至 BIPM，在真空或空气中与 BIPM 的工作标准进行比对。

3. 测量结果与稳定性
质量标准器的稳定性：
参与者在发送标准器至 BIPM 前后分别进行了质量稳定性测试。结果显示，18 个标准器中有 11 个的质量变化在 ±5 µg 以内，15 个在 ±10 µg 以内。平均质量变化为 -1.6 µg，标准偏差为 7 µg。总体而言，标准器的稳定性不确定度远小于复现实验的不确定度。
异常数据处理：
NIM 送检的标准器 B22 显示出明显的异常（与其他结果偏差约 195 µg），经讨论后决定将其从最终比对结果计算中剔除。

4. 关键比对参考值（KCRV）
根据 CCM 规则，关键比对参考值（KCRV）计算为各参与机构结果（扣除 CMS/ITRI 因非 BIPM 成员身份不计入 KCRV 计算）的逆方差加权平均值。

• KCRV 结果： 相对于 BIPM 维持的质量单位，KCRV 为 -0.0107 mg。
• 标准不确定度： 0.0064 mg。
• 权重分布： NRC、NIST 和 PTB 的结果贡献了最大的统计权重（20%-30%）。
  

卡方检验显示数据集具有良好的一致性（实验卡方值为 5.5，远低于 95% 置信水平的临界值 16.9）。

5. 结论与展望
本次比对证实了全球范围内千克复现实验的高度一致性。

• 所有参与机构的复现结果在不确定度范围内保持一致。
• 与前两次比对相比，NRC 和 PTB 结果之间的差异显著减小。
• 本次比对的 KCRV 将作为输入数据，由 CCM 任务组计算更新后的千克“共识值”。
• 结果表明，千克定义的复现技术已趋于成熟，为未来从“共识值”传递过渡到各机构独立复现传递奠定了基础。
  

本概要基于 CCM.M-K8.2024 最终报告整理，旨在提供关于千克新定义实现情况的核心信息。