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Si에 의한 차세대 질량표준 개발

전문가 제언: ○ 국제단위계(SI)는 길이(m), 질량(kg), 시간(s), 전류(A), 온도(K), 광도(Cd), 물질량(mol) 등 7개 기본단위로 구성되어 있으며 대부분이 물리현상이나 기본물리상수를 사용하여 실현하고 있으나 킬로그램(kg) 만이 인공적 가공물인 국제킬로그램원기(IPK)에 의해 정의되고 있다. 따라서 킬로그램을 아보가드로(Avogadro)상수나 플랑크(Planck)상수 같은 기본물리상수를 사용하여 재정의 하는 것이 국제도량형위원회 (CIPM)의 단위자문위원회(CCU)에서 검토되고 있다.

○ CCU에서는 킬로그램을 다음 2가지 방법으로 재정의 하기로 하였다. 1) 킬로그램은 5.018···× 1025개의 결합되지 않은 기저상태에 있는 탄소원자 12C의 질량과 같다(아보가드로상수 NA로 정의). 2) 킬로그램은 주파수가 〔(299792458)2/(6.626···× 10-34)〕Hz인 광자의 에너지와 등가인 질량이다(플랑크상수로 정의).

○ 여기서는 질량수 28인 동위원소(28Si)를 농축시켜 아보가드로상수의 측정정확도를 2×10-8 정도까지 향상시키기 위하여 2004년부터 국제아보가드로협력프로젝트가 세계의 8개 측정표준기관, 즉 일본 계량표준총합센터(NMIJ), 독일 물리기술청(PTB), 이탈리아 표준연구소(INRIM), 호주 표준연구소(NMIA), 유럽표준물질계측연구소(IRMM), 국제도량형국(BIPM), 미국 국립표준기술연구소(NIST), 영국 국립물리연구소(NPL) 등에 의해 수행된 것을 소개하였다.

○ 킬로그램을 재정의 하기 위해서는 다른 원리로 측정한 NA와 h가 IPK의 질량의 장기안정성보다 높은 정확도로 일치해야할 필요가 있는데 재정의에 의한 측정 불확도가 IPK의 지난 100년간 질량의 장기안정성(1kg에 대해 5×10-8의 변동폭) 보다 적으므로 킬로그램 재정의를 추진해 나가야할 것이다.

○ SI 기본단위의 정의는 과학기술이 발전함에 따라 변천되어왔다. 국내 한국표준과학연구원(KRISS)은 세계수준의 10대 표준기관의 하나이므로 앞으로 킬로그램 재정의 관련연구와 암페어(A), 켈빈(K), 몰(mol) 등이 재정의 될 것에 대비하여 관련연구를 수행해 나가야할 것이다.

저자: K. Fujii, A. Waseda, N. Kuramoto
자료유형: 학술정보