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《美国国家标准与技术研究院（NIST）公布房屋中甲烷泄漏的测量方法和不确定性估计》

  • 来源专题：计量基标准与精密测量
  • 编译者： 张宇
  • 发布时间：2024-12-26

  • 近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）在对住宅天然气器具甲烷排放的测量中发现，住宅内的排放量不可忽视，这种泄露对室内空气质量甚至室外气候都有影响。因此，住宅建筑的甲烷损失最近被纳入最新的美国国家清单中，排放因子是根据对加利福尼亚州的每一栋房屋进行单独研究来确定的。在这项研究中，我们使用了质量平衡方法，通过同时测量选定房屋室内和室外的甲烷摩尔分数，来确定整栋房屋的甲烷排放量。我们通过改变建造房屋的强制空气通风率、使用六氟化硫和二氧化碳测量空气交换率，并进行甲烷注入，量化了全屋甲烷排放的不确定性。我们发现，建造房屋中全屋静止甲烷排放率平均为0.34克/天，计算排放率的方法学误差约为20%（均方根偏差）。我们还测量了建造房屋在三个月内的静态泄漏，发现两个季节的排放量变化为24%（1-sigma）。我们的发现可以帮助规划未来的研究计划，以使用类似的方法量化住宅建造后的室内甲烷损失。

    该研究的论文已发表在《Atmospheric Measurement Techniques》上（DOI：10.5194/amt-17-7065-2024）。

  • 原文来源：https://www.nist.gov/publications/methodology-and-uncertainty-estimation-measurements-methane-leakage-manufactured-house
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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）采用新方法精确测量微量样本的放射性》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：张宇
    • 发布时间：2025-07-10
    • 近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）研发的一种新技术能够实现在识别发生衰变的原子类型的同时检测单个原子的放射性衰变事件。这一技术进步将有助于改善癌症的治疗方案，用于先进反应堆的核燃料再处理以及其他领域。一旦全面投入使用，该技术有望在短短几天内完成传统上需要数月才能完成的任务。 NIST的研究人员展示了一种新的、更快的方法来检测和测量微量放射性物质的辐射值。这项被称为低温衰变能谱法（DES）的创新技术可能会产生深远的影响，其影响范围可能涉及从改善癌症治疗到确保核废料的安全清理以及其他多个领域。 这项新技术的关键是过渡边缘传感器（TES），这是一种被广泛应用于辐射特征测量的专用设备。TES提供了一种革命性的功能来记录单个放射性衰变事件，同时监测其中不稳定的原子释放一个或多个粒子的过程。通过从许多次单独衰变事件中积累的数据，研究人员可以识别出哪些不稳定的原子（即放射性核素）会产生这些事件。 “TES比熟悉的盖革计数器或其他当今使用的探测器要先进得多，”NIST物理学家Ryan Fitzgerald说。“它不是简单地发出咔嗒声来表示有辐射，也不是模糊地指示衰变能量的高低，而是为我们提供了放射性物质存在的详细指纹信息。” TES设备在接近绝对零度的极低温度下运行。当样品中的物质发生放射性衰变时，释放的能量被TES吸收。这种吸收的能量会导致TES的电阻发生微小的变化。研究人员精确测量了电阻的这种变化，从而获得了整个衰减过程的高分辨率“能量特征”。通过分析来自多个衰变事件能谱变化的详细数据，研究人员便可以识别出正在衰变的特定放射性原子。这是完全可能的，因为不同的放射性原子在衰变时会释放出独特的能量特征。 采用早期的方法，在同一时间，只能进行放射性剂量的测量或者识别出具体存在哪些放射性原子——而不是同时完成这两项工作。全面表征一个样品曾经需要使用多种技术。相比之下，DES法在识别放射性元素的类型的同时，又能完成量化其放射性水平的工作。 当研究人员接收到装满放射性液体的桶时，他们需要识别这种神秘物质的类型并测量其放射性核素的含量，以便安全地处理它们。通常，这个过程可能需要几个月的时间，但过渡边缘传感器（TES）可以显著缩短这一过程所需的时间。 “我们现在可以在短短几天内就从一个微量的样本中获得完整的放射性特征数据，而不再需要等待数月才能获得结果，”Fitzgerald说。 传统上，测量放射性需要多种方法和复杂的程序，使用称为示踪剂或校准剂的附加材料。然而，新方法提供了一种简化的途径，即使在没有这些附加材料的情况下，也能准确测量出微量样本的放射性。这使科学家们能够更好地监测、使用和保护影响公众健康和安全的放射性物质。 在他们的方法中，研究人员使用一种特殊的喷墨装置小心地将微量（不到一克的百万分之一）放射性溶液均匀的分布到薄金箔上。这些金箔的表面布满了大小仅为十亿分之一米的微小孔洞。这些纳米孔有助于吸收放射性溶液的微小液滴。 通过精确测量使用喷墨装置分配的溶液的质量，然后测量金箔上干燥后的样品的放射性，研究人员就可以计算出样品每单位质量的放射性，即“比活度”。 这种喷墨方法使他们能够在处理极少量放射性物质的同时，仍能准确测量其放射性。 这种技术的潜在应用场景非常广泛。在医学领域，这项技术可有确保用于癌症治疗的放射性药物的纯度和效力的准确性。在核能领域，它可以快速的识别乏燃料后处理过程中的放射性成分，从而加速新型先进反应堆的开发。 新报告的研究是更大规模努力的第一步，这一努力被称为True Becquerel（TrueBq）项目，旨在改变我们监测和表征放射性的方式。用于计量物质放射性衰变的单位是该项目名称的由来，以纪念发现放射性现象的法国物理学家亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）。 更广泛的TrueBq项目旨在开发一种更全面的测量系统，凭借这种全新的系统将可以处理包括复杂的混合物在内的各种放射性物质。它将把高精度天平系统与TES设备结合起来，以前所未有的精度测量放射性物质的比活度。 这种新方法对传统工作流程进行了重大改进，传统工作流程通常涉及多种方法、化学处理以及化学示踪剂和标准品的使用。通过简化测量过程，TrueBq项目有望在减少分析所需时间的同时提高测量的准确性。 通过TrueBq项目所开发的创新型技术可以有效提高NIST服务各领域客户的能力。NIST目前提供多种以客户为中心的测量服务，包括校准、标准参考物质（SRMs）和能力验证。所有这些服务未来都将受益于TrueBq项目所开发的新技术，服务的流程将会更加简化、服务内容将会更加多样化、同时服务质量的不确定性也会进一步减少。 虽然TrueBq项目目前的重点是改进NIST内部的测量工作，但研究人员对这项技术有着长远的计划。未来，他们希望开发出更便携、更人性化的系统版本，这些版本可以部署在NIST之外的实际应用场景中，以便在医学、环境治理和核废料管理等领域中发挥关键作用。 NIST的研究团队已于2025年7月8日在《Metrologia》期刊上发表了其研究成果。（DOI：10.1088/1681-7575/adecaa）
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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）发布《NIST温室气体测量项目：十年的关键成就》报告》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2024-06-11
    • 在第21届缔约方会议（巴黎）上，人们普遍认为，减少温室气体排放和减缓大气变暖的计划将需要了解现有的排放，以及监测、报告和核实各种来源的排放的计划。由于70%的温室气体（GHG）排放来自世界上大多数人口居住的城市环境，因此需要更加强调对城市环境的监测。 作为美国的国家计量研究院，美国国家标准与技术研究院（NIST）已经对这些测量和标准的挑战做出了回应： a）提高美国准确测量温室气体排放的能力； b）展示城市大气监测网络（自上而下或大气测量方法）在定量确定工业、住宅、交通、发电和其他活动产生的温室气体通量方面的能力； c）利用基于社会经济数据的空间明确排放模型（自下而上或排放模型）方法补充此类测量； d）证明两者的结合提高了对排放估算的信心，同时确定了有待改进的领域。 NIST项目的建立是为了改进对二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氧化亚氮、二氧化碳和氧气的同位素成分、气溶胶和温室气体烟囱排放的测量。开发了新的遥感方法，应用于大范围的技术，扩大了NIST的气体标准计划，与NOAA、WMO的温室气体中央校准实验室密切合作，通过SI可追溯性确保数据的准确性和一致性，并加强对大气温室气体排放测量的相互认可。与其他机构合作，开发了先进的计算工具，以模拟空间明确的排放源、生物排放和吸收过程，并使城市温室气体源归因能够从大气测量中得到。2010年，NIST与普渡大学、NOAA和宾夕法尼亚州立大学合作，在印第安纳州的印第安纳波利斯建立了第一个城市试验台（“涌入项目”）。在洛杉矶（2012年）和东北走廊（2014年）建立了额外的试验台，以测试方法在一系列气象条件和排放概况下的适用性。对于内流，在3年的分析期间（2012-2015年）的结果表明，自上而下的模型和排放模型之间的一致性<3%。在综合方法的测试中，自下而上的排放抵消了+15%，自上而下的方法抵消了-14.2%。这一性能显示出足够的灵敏度，可以每年跟踪缓解行动。（全球都设定了每年1%至3%的减排目标。）200多份档案出版物已产生并被引用超过10,000次，并培养了一支杰出的美国研究团队成功参与应对这一全球挑战。在中国和欧洲合作组织了研讨会，将计量和气象界聚集在一起，共同应对这一共同关心的挑战。世界气象组织的全球温室气体综合信息系统（IG3IS）的形成得到了催化，预计将启动关于温室气体测量的国际文件标准。NIST为推进美国温室气体综合测量、监测和信息系统的国家战略的发展做出了贡献。NIST量化温室气体排放的努力对于实施美国商品期货交易委员会（CFTC）发布的关于在自愿碳市场中列出自愿碳信用衍生品合同的建议指导也至关重要。NIST在解决由地球变暖的大气所带来的排放量化挑战方面做出了重大贡献，并采取了针对导致变暖的主要因素的措施，即温室气体排放到大气中。
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