讓國際計量界永遠(yuǎn)銘記的“中國貢獻(xiàn)”

　讓國際計量界永遠(yuǎn)銘記的“中國貢獻(xiàn)”

　　——記“國家卓越工程師”、中國計量科學(xué)研究院首席研究員張金濤

　　□ 記者 史玉成

　　1月19日，“國家工程師獎”首次進(jìn)行評選表彰，81名個人和50個團(tuán)隊在北京人民大會堂接受黨和國家在工程領(lǐng)域的最高規(guī)格褒獎。

　　璀璨燈光下，獎?wù)麻W耀，銘記了“國家卓越工程師”們?yōu)閲鴬^斗的業(yè)績。中國溫度計量基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人才、中國計量科學(xué)研究院首席研究員張金濤就是其中一員。同時他也是全國市場監(jiān)管系統(tǒng)唯一一位獲此殊榮的人。

　　從國際計量界的“無名之輩”，到首次對國際單位制（SI）基本單位——溫度的重新定義取得決策權(quán)，張金濤見證了我國計量事業(yè)特別是溫度計量領(lǐng)域取得的突破性成績。

圖為張金濤（右二）和他的團(tuán)隊。

　　結(jié)緣溫度，搶抓變革機(jī)遇

　　溫度無處不在，它是最為廣泛使用的基本物理量之一，其準(zhǔn)確測量事關(guān)科學(xué)研究、能源環(huán)境和民生健康等眾多領(lǐng)域。

　　為了使溫度的標(biāo)尺時空恒定，國際計量界決定用玻爾茲曼常數(shù)取代水三相點(diǎn)，重新定義溫度的單位，這也結(jié)束了人類幾百年來溫度的單位（標(biāo)尺）依賴實(shí)物性質(zhì)的歷史。

　　為避免單一方法可能存在的系統(tǒng)誤差，國際溫度計量最高權(quán)力機(jī)構(gòu)CCT（國際計量委員會溫度咨詢委員會）要求使用至少兩種獨(dú)立方法，分別實(shí)現(xiàn)不確定度小于3×10-6的測定。這一要求涉及多個物理量的高精度絕對測量，是對精密測量極限的巨大挑戰(zhàn)。

　　而張金濤與溫度計量史上這次最重大的變革“結(jié)緣”，還要從2004年說起。

　　2004年，世界溫度大會在克羅地亞召開，張金濤和同事代表中國出席。“當(dāng)時幾乎沒有人和我們打招呼，中國直接是被輕視的，因為我們在溫度計量領(lǐng)域沒有成績。”這次的經(jīng)歷讓奮發(fā)圖強(qiáng)的種子埋進(jìn)了張金濤的心里。

　　2006年，中國計量科學(xué)研究院決定對3個國際單位制基本單位的常數(shù)定義進(jìn)行研究。喜歡挑戰(zhàn)的張金濤勇挑重?fù)?dān)，牽頭承擔(dān)“玻爾茲曼常數(shù)測量研究”課題。

　　另辟蹊徑，敢為天下先

　　當(dāng)時，美國、英國、法國、意大利等國的國家計量實(shí)驗室，已在這個領(lǐng)域耕耘數(shù)十年，對于實(shí)驗的核心部件，他們均選擇了球形或準(zhǔn)球形共鳴腔。這種形狀的部件對精密加工制造的能力要求極高，在多方了解后，張金濤決定放棄。

　　“曾經(jīng)有國際友人提出可以送給我們一個球形共鳴腔，但我拒絕了。因為我想做出完全具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的測定值。”張金濤說。

　　在查閱了大量文獻(xiàn)后，結(jié)合我國當(dāng)時精密加工的技術(shù)能力及方案的可實(shí)現(xiàn)性，張金濤決定另辟蹊徑，用圓柱形共鳴腔取代球形共鳴腔，創(chuàng)新提出用定程圓柱腔聲學(xué)氣體原級測溫法測定玻爾茲曼常數(shù)的技術(shù)方案。

　　創(chuàng)新之路，從來不會平坦。由于采用了有別于國外已有的技術(shù)方案，定程圓柱腔體內(nèi)部尺度的原位絕對精密測量的實(shí)驗方案需要全部自行設(shè)計。

　　在充分咨詢中國計量科學(xué)研究院老一代專家的意見后，張金濤和他的團(tuán)隊決定借助國家長度基準(zhǔn)的成熟技術(shù)——多波長激光干涉法。但在實(shí)際測量后，他們發(fā)現(xiàn)獲得的聲速測量值與國外同行的最好結(jié)果存在一個系統(tǒng)性的偏差，這個偏差遠(yuǎn)大于測量的不確定度。

　　癥結(jié)到底在哪兒？不服輸?shù)膹埥饾_展了大量的實(shí)驗，最后將原因鎖定到安裝端蓋過程中，在螺栓的緊固作用下，腔體的長度發(fā)生痕量改變。最終，他成功解析了端蓋隨溫度的痕量變形方向，設(shè)計了激光干涉法原位實(shí)時絕對測量共鳴腔內(nèi)平均長度的技術(shù)方案，使得在現(xiàn)場實(shí)驗環(huán)境下，完全封閉的圓柱聲學(xué)共鳴腔的內(nèi)部平均長度測量的不確定度從數(shù)百納米降低到幾十納米。

　　在完成了數(shù)輪的常數(shù)測定后，考慮到激光干涉法不適用于寬廣的現(xiàn)場溫度下的測量，張金濤又帶領(lǐng)團(tuán)隊嘗試用微波諧振技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對圓柱腔體內(nèi)的平均長度和直徑的原位絕對測量。這又是一項在國際上沒有可借鑒經(jīng)驗的實(shí)驗。

　　對于當(dāng)年在實(shí)驗室的日日夜夜，張金濤記憶猶新，“風(fēng)險、壓力、孤獨(dú)伴隨著我們。但大家樂在其中，一往無前”。

　　在一次次的數(shù)值模擬后，張金濤團(tuán)隊最后選擇了數(shù)個微波諧振模式，發(fā)現(xiàn)這些微波模式測量的圓柱腔內(nèi)長度的一致性很好，測量不確定度比英國國家物理實(shí)驗室的方案改善了200倍。這些微波諧振模式被成功地用于團(tuán)隊后期的玻爾茲曼常數(shù)的測定，以及承擔(dān)的高溫?zé)崃W(xué)溫度的測量研究課題。

　　經(jīng)過數(shù)十載的潛心研究，最終張金濤團(tuán)隊獲得的玻爾茲曼常數(shù)的測量結(jié)果兩次被國際科技數(shù)據(jù)委員會（CODATA）基本常數(shù)委員會收錄，用于確定該常數(shù)的推薦值和最終定值，使我國與美、英、德、法、意并列，成為對玻爾茲曼常數(shù)的最終定值和溫度單位的重新定義有貢獻(xiàn)的6個國家之一。

　　這是自米制公約（1875年）以來，中國首次對國際單位制基本單位的定義作出重要貢獻(xiàn)并有了決策權(quán)。

　　在2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，作為第一完成人的張金濤接過了國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎的證書。

　　孜孜以求，甘于為人梯

　　在完全自主地掌握了尖端的聲學(xué)原級測溫法的關(guān)鍵技術(shù)后，張金濤和團(tuán)隊成員投入到新的溫度計量基礎(chǔ)前沿研究中，砥礪前行，力圖將原級測溫技術(shù)應(yīng)用于原位測量熱力溫度，解決一些極端環(huán)境下的溫度可靠測量的技術(shù)難題。

　　曾經(jīng)被國際同行忽略，如今成為國際溫度計量界的重要力量，張金濤團(tuán)隊被邀請在美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院主辦的頂級期刊上發(fā)表研究綜述論文，在國際測量聯(lián)合會世界溫度計量大會、美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院主辦的溫度大會百年慶典等學(xué)術(shù)會議上，作全會報告，新的研究成果獲得國際同行的高度關(guān)注。

　　在張金濤看來，工程技術(shù)人員要取得一定的成績，離不開良好的科技創(chuàng)新環(huán)境。

　　中國計量科學(xué)研究院以科技發(fā)展規(guī)劃為牽引，建立多層次的科研項目布局體系，圍繞計量基礎(chǔ)研究關(guān)鍵科學(xué)問題，長期穩(wěn)定支持一批跟蹤計量科技前沿、推動計量學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)研究項目。同時提升基礎(chǔ)研究的科研經(jīng)費(fèi)投入，設(shè)立“揭榜掛帥”、自由探索等項目，助推計量科技取得創(chuàng)新性成果。組建潛心攻關(guān)的計量基礎(chǔ)前沿創(chuàng)新團(tuán)隊，給予穩(wěn)定支持，保障科研人員心無旁騖地開展科學(xué)研究。

　　在寬松的科研環(huán)境下，張金濤發(fā)揚(yáng)學(xué)術(shù)民主，甘做提攜后學(xué)的鋪路石和領(lǐng)路人。他帶領(lǐng)的創(chuàng)新團(tuán)隊在歷年考核中名列前茅。他鼓勵、推薦年輕人到國外先進(jìn)實(shí)驗室訪問研究，開闊眼界，吸取新思想和新方法，同時引導(dǎo)他們擴(kuò)展研究方向，開拓交叉計量領(lǐng)域。

　　近年來，團(tuán)隊成員們相繼成為科研骨干和管理人才，先后入選“國家百千萬人才工程”“青年人才托舉工程”，獲得“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”榮譽(yù)稱號及中國青年科技獎、亞太計量組織青年計量科學(xué)家獎等獎項。

　　“科學(xué)研究好比登山，只有站在高處，才能夠看清上山的捷徑和更進(jìn)一步的方向。”張金濤告訴記者，目前他們正在開展固體量子溫度傳感器的計量溯源研究，“希望能夠為建立國家的極低溫溫標(biāo)的計量基礎(chǔ)設(shè)施作出貢獻(xiàn)”。

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厲害厲害，值得學(xué)習(xí)

計量人的驕傲。

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計量的先鋒

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