[科普中国]-国际千克原器

国际千克原器（International prototype kilogram，简称IPK），又被称为“一千克标准物”，是指1889年经国际计量大会批准，作为千克单位标准物的砝码。该砝码由具有较强抗氧化性的Pt-10Ir铂铱合金（90%铂与10%铱）制成，直径与高度均为39.00毫米，现在同六个复制品一道被保存在法国巴黎的国际计量局总部，另有官方复制品被送往世界各国，作为千克原器使用，这些复制品每隔一段时间便需要被送回法国与国际千克原器进行比较，以修正因损耗而带来的误差。

2013年1月，德国《计量学》杂志刊载研究报告称，作为标准质量单位的国际千克原器因表面遭污染而增重50微克。据估计，未来的质量单位普朗克常量推算得出，国际千克原器也将逐渐被取代。1

2018年11月16日，在新一届国际计量大会上，科学家们通过投票，正式让国际千克原器退役，改以普朗克常数（符号是 h）作为新标准来重新定义“千克”。新标准将于2019年5月20日实施。

质量单位古代质量单位和长度单位的情况相似，也有多种多样的形式。

例如：在波斯用卡拉萨(Karasha)作质量的单位，约合0.834千克，埃及用格德特(gedet)，约合9.33克。 我国秦代度量衡制度中规定：1石=4钧，1钧=30斤，1斤=16两。与现代国际单位制比较，1斤约合0.256千克。

英制中以磅(pound)，盎司(ounce)，打兰(dram)，格令(grain)作单位：1磅=16盎司=256打兰=7000格令

不列颠帝国曾用纯铂制成磅原器，它是高约1.35英寸，直径1.15英寸的纯铂圆柱体。

历史沿革发展沿革最初的千克质量单位是由18世纪末法国采用的长度单位米推导出来的。1立方分米纯水在最大密度(温度约为4摄氏度)时的质量，就定为1千克。

1799年法国在制作铂质米原器的同时，也制成了铂质千克基准，保存在巴黎档案局里。

后来发现这个基准并不准确地等于1立方分米最大密度纯水的质量，而是等于1.000028立方分米。于是在1875年米制公约会议之后，也用含铂90%、铱10%的合金制成千克原器，一共做了三个，经与巴黎档案局保存的铂质千克原器比对，选定其中之一作为国际千克原器。这个国际千克原器被国际计量局的专家们非常仔细地保存在特殊的地点，用三层玻璃罩好，最外一层玻璃罩里抽成半真空，以防空气和杂质进入。随后又复制了四十个铂铱合金圆柱体，经过与国际千克原器比对后，分发给各会员国（包括一些已经不存在的国家，如荷属东印度——即今印度尼西亚）作为国家基准，在第二次世界大战前，拥有国际千克复制件曾是一个国家的无上荣耀。历史上德国通过统一获得了4个复制件，而没收国际千克复制件也是对战败国的惩罚之一。跟米原器一样，千克原器也要进行周期性的检定，以确保质量基准的稳定可靠。

担忧但是,在2007年的一次检查中，相关人员发现有118年历史、用铂和铱混合铸造的圆柱形铸件——国际千克原器减轻了大约50微克。没有人能说出它的重量减轻的原因。虽然相关人员将这个千克原器小心地存放在巴黎附近的一个设施里，但它的重量还是发生了改变。

国际质量和测量局的物理学家里查德·戴维斯说，与众多复制品的平均质量相比，这个标准砝码轻了50微克。戴维斯说：“对于这个变化，我们尚未找出任何合理的原因。还不能确定究竟是标准砝码的材料质量变轻了，还是国家现行的通用砝码变重了。”

鉴于以上原因，世界各地的科学家们将于11月齐聚法国巴黎，最终由来自世界各地的专业人士决定任何度量单位的变化。

重新定义提出佐治亚理工学院物理学分校的名誉退休教授罗纳德·福克斯提议从今以后克(一千分之一千克)将被严格地定义成18×14074481个碳-12原子的重量。至少有两个重新定义千克的其他提议正在讨论中。它们包括:1用纯硅原子球体取代铂金和铱混合圆柱体；2利用已知的“瓦特天平”装置，并利用电磁能定义千克。

他们如今在寻找非实物的方式来定义千克。千克与另外6个基本单位构成了国际单位制。

其他单位还有米、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉，它们如今全都不以实物参考物为依据。

试验重点在于建立质量与普朗克常数之间的关系，以提供千克的新定义。普朗克常数是量子物理学中的基本计量单位。

国际计量局科学家迈克尔·斯托克说，被称作“国际千克原器”的金属块的使用寿命即将终结。他还表示：“我们的试验正在向前推进，但是使用千克的新定义还为时过早。2

意义介绍千克是最后一个通过人造物质，而不是基本物理属性定义的重要标准,国际千克原器是当今千克的标准。例如，1983年，代表一米的距离被定义成光在两亿九千九百七十九万两千四百五十八分之一秒内行驶的距离，从而取代了两个点之间的距离的定义法。

因污染增重介绍国际千克原器是一个39毫米高、底面直径也为39毫米的圆柱体。它由铂铱合金制成，其中铂含量为90%，铱含量为10%，合金密度约为21500公斤每立方米。3

国际千克原器设立于1875年，保存在法国首都巴黎的国际计量局内。另有大约40个官方复制品分布于全球，用来定义千克。千克是国际单位制7个基本单位之一。3

原器之所以采用铂铱合金制成，是因为这种合金的抗氧化性和抗化学腐蚀性非常好。不过报告称，经过百余年岁月洗礼，这些铂铱合金圆柱体表面遭一定污染，增重数十微克。一微克为百万分之一克。3

报告作者之一、英国纽卡斯尔大学计量学家彼得·坎普森告诉美国趣味科学网站记者，科学家早就意识到国际千克原器表面可能附着污染物，因此把它做成圆柱体，尽量减少表面积。这些原器保存在实验室内，空气都经过滤，恒温，恒压，但无法完全隔绝空气污染和污染物。3

为测量原器“长胖”多少，坎普森带领研究小组借助X射线光谱学成像技术，观察与原器相似的物体表面，发现这些表面附着数十微克碳基及汞污染。碳可能来源于汽车尾气，汞污染物则来自实验室内偶尔打破的水银温度计和水银气压计。3

坎普森说，数十微克虽然没多少重量，但会影响一些精密科学实验和国际贸易。3

“那确实是相当微小的效果，但严格来讲，我们比19世纪后期略微轻一些，”他说，“巴黎的国际千克原器是质量定义的标准，它变了，但它的重量仍被当做1千克。它变重意味着其他东西实际上轻一些，包括我们自己。”3

拟清洁研究小组发现，用臭氧和紫外线可以打破铂铱合金表面碳原子间的结合，去除碳基污染物，不过汞污染物可能仍然存留。也有另外一些办法，但臭氧法“是能与手工摩擦媲美的办法”，而且不会破坏原器。

坎普森说：“我们的做法可以有效地让那些原器晒个日光浴。”3

国际计量局计量学家理查德·戴维斯说，臭氧法所用设备无须投入太多时间和费用，可能会被广泛采用。3

中国千克原器中国的千克基准砝码（公斤原器）是1965年从英国引进，编号为No.60，经国际计量局（NIPM）检定，检定结果为1kg+0.271mg，标准偏差σ=0.008mg。1986年被批准为国家质量基准，编号：GJJ（力）0101。

中国的千克基准砝码（公斤原器）每二十年送国际计量局（BIPM）进行比对。1993年6月公布比对结果，我国的千克基准砝码质量值为1kg+0.295mg，总不确定度为2.3μg（k=1），数值在BIPM给出的等效带内，证明我国千克基准砝码（公斤原器）保存良好。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学