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韓国標準研、液体の固まり始める瞬間の温度を測定

チョン・ウクチョル責任研究員チーム...理想的な標準温度を実現


韓国標準科学研究院(パク・サンヨル院長)は同研究院熱流体標準センターのチョン・ウクチョル責任研究員が液体金属が固体に凝固し始める瞬間をとらえて温度を測定することに成功したと5月24日に発表した。

物質はそれぞれ凝固温度、熔融温度、液相線温度などの相変化温度をもっている。もしも物質が純粋であればこうした相変化温度の値はすべて同一となる。固体が液体に、液体が固体に変わる間は温度の変化なく同一の温度が維持される。

国際温度標準(ITS-90)は-259.3467℃から961.78℃の範囲について物質の相変化温度を利用して温度を定義しており、低温では気体、高温では金属の相変化を利用する。

だが地球上に純粋な物質はない。すべての物質に存在する不純物は相が変化するときに温度が同一に維持されるのを妨げる。こうした中でも相変化温度のうち変わらない唯一の値があるがこれが液相線温度。相変化中に温度が変わっても開始点だけは不変であるため国際温度標準は特定の物質の液相線温度をもっとも理想的な基準点とみなしている。

問題はこれまで液相線温度を実現する技術がなかった点。特に高温の基準温度を実現するのに使用される金属の場合は液相線温度は不変だが、相が変わり始める瞬間を捉えて温度を測定するのは不可能に近かった。これまでは物質の凝固と溶融温度から液相線温度の近似値を得る間接的な方法が取られた。だが物質に不純物が存在する限りこうした値は基準温度の要件である固有性と不変性を満たせなかった。

研究チームはこうした問題を解決するために高速かつ精密な温度制御が可能な独自の技術である圧力制御式温度制御技術を利用して高温(231.928℃)で基準を定義する金属であるスズの液相線温度を実現して測定した。今回測定したスズの液相線温度はこれまでの基準温度よりも約0.00095℃高い。これは国際的に容認されている温度標準の不確度を上回る。

今回の研究結果は現在231.928℃と定義されているスズの凝固温度が理想的基準温度であるスズの液相線温度とは大きな差があることを立証するもの。また研究チームはこれまで明らかになっていなかった微量の不純物の分布が物質の相変化温度に及ぼす影響を分析して検証した。

研究に当ったチョン・ウクチョル責任研究員は「本研究の成果により国際温度標準を構成する基準温度がさらに精巧になり正確になった。韓国標準研が技術的限界を克服して理想的な温度標準を実現した世界唯一の標準機関となった点に特別な意味がある」と話している。

研究成果と関連して測定科学分野の学術誌『Metrologia』最新号に2編の論文が掲載された。







[2018-05-28]

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