2026 年 11 月 3 日,美国国家标准与技术研究院(NIST)在其官网介绍了基于量子电压噪声源(QVNS)的宽频带光谱分析技术在高温核反应堆等恶劣环境下的温度测量应用与不确定性评估。该技术属于约翰逊噪声测温(JNT)范畴,是一种基于导体热涨落基本属性的主温度测量技术。
在 500 K 至 930 K 的温度范围内,NIST 利用基于 AC 约瑟夫森电压标准的约翰逊噪声测温新方法,实现了独立于固定点参考的热力学温度验证。这一温度范围覆盖了声学测温的上限和绝对辐射测温的下限,为这两个重叠区间提供了独立的标度验证数据。
技术实现上,NIST 将测量的热电压直接与通过 AC 约瑟夫森电压标准维持的电气单位联系起来。QVNS 能够合成任意波形,其均方根幅度与约翰逊噪声源匹配,形成可计算的噪声源参考。在绝对测量模式下,QVNS 的噪声功率被编程以平衡热产生的约翰逊噪声源的功率,从而获得不依赖任何固定点参考的热力学温度。
该系统的具体技术优势包括:接近 1MHz 带宽的高分辨率(约 1 Hz)谱密度;应用最快的快速傅里叶变换(FFT)子程序进行近实时处理;频域互相关分析;QVNS 合成的伪噪声波形具有匹配的谱密度;超低噪声和高共模抑制前置放大器;同时匹配噪声功率和时间常数。这些技术使得不确定度控制在与最佳辐射测温方法相当的水平,例如在 2017 年基于约翰逊噪声测温确定了玻尔兹曼常数的最终值,不确定度达到 5 µK/K。