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표준기 소개

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  • 길이표준기 길이 분야의 국가표준기는 요오드 안정화 헬륨-네온 레이저입니다.
    레이저의 주파수가 요오드 분자(127I₂)의 포화흡수분광신호 (11-5 밴드, R(127)) 전이선의 초미세구조선(a16 또는 f)에 안정화되므로, 매우 안정된 주파수의 빛이 방사됩니다(상대불확도: 2x10-9). 진공에서의 빛의 속력을 주파수로 나누면 레이저의 진공 파장이 구해지는데, 이 파장을 길이의 기준으로 사용합니다.

  • 질량표준기 킬로그램(kg)은 질량의 SI 단위입니다. 킬로그램은 플랑크 상수 h를 J·s 단위로 나타낼 때 그 수치를 6.626 070 15 × 10-34으로 고정함으로써 정의합니다. 여기서 J·s는 kg m2 s-1과 같고, 미터(m)와 초(s)는 빛의속도(c)와 세슘의 에너지 상태간 주파수 차이(ΔνCs)로부터 각각 정의됩니다. 이를 구현하기 위한 기술로는 현재 키블저울(Kibble balance)과 실리콘구 실험(XRCD, X-reay crystal density)실험이 있습니다. KRISS에서는 키블저울을 개발하여 질량의 표준으로 사용합니다.

  • 시간표준기 시간은 7가지의 기본물리량(시간, 길이, 질량, 온도, 전류, 광도, 물질량)중 하나로서 다른 어떠한 물리량보다도 가장 정확하게 측정할 수 있는 양입니다. 시간은 우리 인간 생활과 밀접한 관계를 가지고 있으며 첨단산업 및 과학기술에 있어서도 매우 중요합니다. 그리고 다른 측정표준(예; 길이, 질량, 전압, 온도 등)의 기초로 사용되고 있어서 "표준의 표준"이라고 일컫습니다. 현재 '초'의 정의에 따라 세슘의 에너지 상태간 주파수 차이를 이용한 세슘분수시계(Cesium fountain clock)로 가장 정확하게 구현되고 있고, 상시 표준시 생성을 위해 여러 대의 상용시계를 함께 동작시켜 "대한민국 표준시"를 생성하고, 협정세계시(UTC, Coordinated Universal Time) 생성에 기여하고 있습니다.  

  • 전기표준기 현재 전 세계 선진국의 전기표준기는 거시적 양자 현상인 조셉슨 효과 및 양자홀 효과에 기반한 전압 및 저항표준기입니다.
    조셉슨 효과를 이론적으로 에측한 조셉슨 (Brian Josephson)과 양자홀 효과를 실험적으로 발견한 폰 크리칭 (Klaus von Klitzing)은 각각 1973 년과 1985 년에 노벨 물리학상을 수상하였습니다. 한국표준과학연구원은 전기표준 분야 선두그룹의 일원이며, 조셉슨 효과 및 양자홀 효과에 기반한 전압 및 저항표준기를 성공적으로 개발하여 운영하고 있습니다.

  • 광도표준기 KRISS에서는 극저온 절대 복사계(absolute cryogenic radiometer)를 광도의 기본단위인 칸델라(candela, 기호 cd)의 원기로 사용하고 있습니다. 이 장치는 레이저 광선의 복사출력(randant power, 단위 W=J/s)을 불확도(uncertainty) 0.02%이하로 정확하게 측정할 수 있습니다.

  • 온도표준기 온도의 단위 켈빈은 볼츠만 상수를 이용하여 정의되어 있으며, 따라서 볼츠만 상수가 포함된 열역학 방정식을 원리적으로 구현할 수 있는 실험 장치가 온도의 일차표준기가 됩니다. KRISS는 음향기체온도계를 이용하여 켈빈에 정의에 따른 열역학 온도를 구현하고 있습니다.

    실용적인 온도 눈금 구현에서는 물의 삼중점 셀이 여전히 중요한 역할을 합니다. 물의 삼중점 셀은 공기가 없는 고순도 물을 유리 용기에 담은 것으로 셀 내부에 얼음이 생기면 물, 얼음 및 수증기가 공존하는 삼중점 상태가 됩니다. 이때의 온도를 국제온도눈금-90에서 273.16 K (0.01 ℃)로 정의하고 있습니다.

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