日本超级纯水多少吨

『壹』 日本在地下存了五万吨水，究竟是为何

日本确实在地下建造了能储存50000顿纯水的大水箱，这个水箱相当于十几层高的建筑。这5万吨纯水的储备并不是为了备战备荒，而是为了探测中微子。

这个大水箱和周围配置的探测器，被称为超级神冈探测器，是日本东大建造在岐阜县深达千米的废弃矿井里的大型中微子探测系统。

中微子是基本粒子之一，不带电，由于它质量很轻，是电子的百万分之一，所以中微子速度很快，可以自由的穿透物体，从物理学家预言中微子的存在，到实际发现中微子，花了几十年的时间。

中微子穿透力及其强大，通过真个地球也不会减速，我们人体也时刻被来自宇宙的中微子所贯穿。

由于中微子只参与弱相互作用，很难观察，只能通过它与其他粒子之间的相互作用产生的切伦科夫辐射来探测。

日本东京大学设计了这个5万吨水的大水槽，基本设计理念是：探测器首先要足够大，里面的介质要足够的透明，重要的是要屏蔽掉其他宇宙射线的烦扰。

所以日本花费巨资在地下1000米深的矿井里，建造了这个能存50000吨水的大水箱，在周围配置了上万个光电探测器，观察切伦科夫辐射，对中微子来进行探测。

通过神冈探测器，日本多次斩获诺贝尔物理学奖，由此尝到了甜头，日本计划启动最新的顶级神冈探测器，其规模预计是现有超级神冈探测器的5倍以上，将花费近千亿日元进行建设，来 探索 物质和宇宙的起源。

这个问题先说答案，日本这五万吨水是为了做物理实验，探测并捕获中微子的，项目名称“超级神冈”，下面有说一下为何需要这五万吨纯净水。

太阳、地球、核反应堆、超新星爆发、宇宙诞生的大爆炸等都产生大量的中微子。它们以接近光速飞行。据物理理论，每一秒钟，穿过一个人身体，有1000万亿个宇宙中微子。因为中微子几乎不与物质发生反应，发生反应的概率很小，因此需要建造庞大的探测器来“捕捉”它，”超级神冈“就是在这样的背景诞生的。

超级神岗源于神冈实验，神冈实验采用了3千吨纯净水和1千个极其灵敏、能够探测到单个光子的光电倍增管。实验初衷是为了寻找质子衰变，但却有意外收获，发现 大气中微子反常 ，物理理论用 中微子振荡 解释大气中微子反常。科学理论需要实证，因此日本政府批准了“超级神冈”项目，采用了5万吨纯净水，13000个光电倍增管，这就是5万吨水的由来。当然超级神冈也不负众望，测到了足够的大气中微子，最终证实了中微子振荡理论。

5万吨纯净水要求超级纯，非常难得，但加拿大在一个地下2100米的镍矿中建造了萨德伯里实验用昂贵的重水来替代，从核电公司借了1千吨、价值约100亿人民币的重水，这也是很豪的。

各个有实力的国家也纷纷加入中微子探测器行列，，美国采用1-4万吨液氩探测器的加速器实验，印度采用5万吨铁的INO实验，韩国1.8万吨液闪实验，美国在南极的PINGU实验，法国在地中海的ORCA实验等。

中国有采用2万吨液闪探测器的江门中微子实验，建于广东江门开平市金鸡镇、赤水镇一带的打石山，打石山正好位于距阳江和台山反应堆等距的53公里处，符合位于距反应堆约60公里的要求，因为这个位置来自反应堆的中微子在此处振荡效应最明显。

当然作为中微子探测器的旗舰，“超级神冈”也是要升级的，采用了100万吨纯净水，变身为“超超级神冈实验”，是不是发现5万吨水也是小巫见大巫了！

针对题目本身语境，我多说一点题外话，日本在科学技术的许多方面是有领先独到之处，作为邻居的我们要客观看待，不要过分的吹嘘和自卑，随着国家经济实力提升，我们要相信在科学技术领域，中国也会有越来多旗舰项目诞生的。

科学视野，不同解读，感谢大家阅读！

中微子是一种极难被捕捉到的粒子，不带电的它可以轻松穿过宇宙中的物质，并且几乎不留下痕迹，每秒种都有数千亿上万亿中微子穿过人体，但人是绝对感觉不到的，而寻找到中微子最好的手段就是借助类似“超级神冈”这样的探测器。

中微子虽然速度快而且质量小，但它在穿越纯水时会留下微弱的痕迹，这种被称为契忍可夫辐射的现象就是寻找中微子的诀窍，纯水越多这种辐射就会越明显，这就是为什么日本在近千米的矿井深处藏水的真相。

事实上这五万吨纯水也比较争气，1987年2月的神冈探测器和美国的中微子探测器一起接收到了新星1987A爆发时产生的中微子，这也是首次探测到的太阳系外中微子，90年代时又投资1亿美元把神冈升级为“超级神冈”，五万吨纯水就是这时候加进去的，1998年领导超级神冈探测器的日本科学家小柴昌俊首次确认了中微子震荡现象，于2002年获得了诺贝尔物理学奖。

不只是日本，我国在大亚湾也同样拥有中微子探测装置，主要目标是探测临近的大亚湾核电站进行核反应时产生的中微子，其主体部分也被包裹在纯水中。

其实这个装置叫超级神岗探测器，重要是用于探测中微子的，和我国的大亚湾探测一样。

探测中微子一定要用100%的纯水，任何杂质都不能有。

中微子被称之为宇宙的隐身者，因为它不带电，所以不会与物质发生电磁相互作用。这也导致中微子可以轻易穿透地球。

当然，中微子也可以轻易穿透水，那为什么探测中微子还需要纯水呢？

这是由于中微子在穿透纯水的时候会留下痕迹，也就是契忍可夫辐射。并会留下蓝色的辉光。

如果纯水的体积越大，那么留下的契忍可夫辐射就越明显。就更易研究中微子的规律。

日本的神岗探测器在一个神达1000米的矿井中。

其设备的高度有41米，长度39米。理论上可以装满5万吨的纯水。只要研究太阳发出中微子，以及质子衰变效应。

日本后续计划用该实验装置研究超新星爆发，依旧更多宇宙中微子。

这就要求该装置升级，后续日本政府打算在两年后在此基础上建立更加巨型的探测器。

当然神岗探测器已经为日本人囊收了一次诺奖。也就是证实了中微子在反应堆中的震荡。该项目领军科学家小蔡昌俊也因此获得2002年诺贝尔物理学奖。

日本之所以会在地下存五万吨水，是为了测量中微子的运动而存在的，在日本的一个废弃砷矿中，日本东京大学在那里建造了“超级神纲”探测器。

超级神纲探测器是专门用来探测中微子的一个探测器，在这个实验矿洞里装有多达五万吨的纯水，工作人员光需要装填就装填了两周时间。

那么很多小伙伴可能就会有疑问，一万吨纯水怎么就会测量到中微子呢？用其他简答一点的方法难道不行吗？

这是因为中微子是不带电的粒子，所以也使得观测它较为困难，大多数情况下，它可以无视物质的存在直接传过去。

它可以轻而易举的传过地球，每秒中会有几十亿的中微子穿过我们每个人的身体。中微子的最小的质量仅有电子的百万分之一。

但是我们可以利用光的折射率来观测中微子，我们都知道光在水中会折射，因此光在水中的速度会降低到75%光在真空中传播的速度。而中微子的速度是无限接近于光速的，中微子在纯水中行进时会对纯水中的光产生影响。

日本科学家尾田利用这一点观测到了中微子的震动性，并证实了中微子是拥有质量。

事实上在我们这个宇宙当中，有许许多多看不见的粒子，而在这些看不见的粒子当中，有一种粒子就叫中微子，中微子是轻子的一种，也是最基本的粒子之一。

就一些科学数据来看，每秒大概有上千万亿数量的中微子穿过人体，但人类却一无所知，所以寻找中微子就成了人类研究的方向之一。

但中微子的质量很小，且与其他物质的相互作用很弱，如果要捕捉到中微子的踪迹，就需要要有一个非常强大的仪器，而且这个仪器必须要在地下。

因为只有这样才能有效的隔绝外界环境的干扰，于是在种种前提之下，日本的超级神冈探测器就孕育而生。

超级神冈探测器内储存了数万吨的水，这些水为什么能捕捉到中微子呢？答案实际上很好解释，我刚才上面已经说了，中微子与物质的相互作用很弱。

但很弱就代表有非常少的一些中微子，在穿过物质的时候会留下一些痕迹，所以这数万吨的水，就是寻找那一丝丝的痕迹。

比如说中微子在和原子核接触的时候会产生轻粒子，而轻粒子最终就会产生一些可见和不可见的光。

那么为了顺利的捕捉到中微子的踪迹，超级神冈探测器有一万多个光电倍增管，光电倍增管的作用就是放大光的信号，让人们更有效的发现中微子的痕迹....

日本在地下存了五万吨水，究竟是为何？

咋一看还以为是日本又要搞啥阴谋了，当然作为有原罪的日本让各位有这样先入为主的感觉也并无不当，但这从这地下五万吨水的角度联想，很明显这是日本一个探测中微子的科研项目“超级神冈探测器”的主体探测部分！那么吃瓜群众有话要说了，你骗鬼呢！中微子都能穿透地球，那“一桶水”有个毛用啊！你还别说，真有用！

熟悉核反应堆蓝色辉光的朋友马上就知道这是切伦科夫辐射，这是在介质中运动的物质超过光在这种介质中的运动速度时发出的一种电磁辐射，特征就不用说了，上图那蓝幽幽的恐怖光芒就是，但可以放心会发出辐射并不是这种光！它是1934年前苏联物理学家切伦科夫发现，因此以他的名字命名了这种辐射！

超级神冈探测器结构示意图，非常明显，为隔离其他穿透力极强的宇宙射线影响，这些设施都位于极深的地下！

而镶嵌在内壁的一个个半透明玻璃球则是11200个极为敏感的光电探测器，而这个巨大的容器内部可以存放超过5万吨的纯水！探测原理就是“切伦科夫辐射”，因为中微子不会有任何物质阻挡它的前进，因此无论在什么物质中它的速度基本不会改变（中微子极其接近光速）！而光在水中的速度则只有真空中约75%，因此从表面上来看中微子在水中是超过光的速度前进的，因此所经之处会发出切伦科夫辐射！

通过光电探测器探测到的伦科夫辐射环,这就是隐藏在深深的地下却能窥探到宇宙奥秘的中微子天文学！超新星1987A爆发时产生的中微子就被神冈探测器和美国的中微子探测器一起接收到！在上世纪九十年代神冈探测器又经过升级成了上文中的超级神冈探测器！另中微子探测也让日本在诺贝尔奖上有所斩获，1998年领导中微子探测的日本科学家小柴昌俊首次确认了中微子震荡现象，并在2002年时获得了诺贝尔物理学奖。

基础科学研究的突破越来越离不开超级设备与工程的支持，我国在中微子探测方面也在追赶脚步，大亚湾核电站深处的岩层下就有超级阵列的中微子探测设备，当然原理一样！但研究的目标主要是核电站本身所产生的中微子！

大亚湾项目的建造目标也是为了进一步研究中微子振荡！

因为中微子是轻子的一种，它几乎不与任何物质发生反应，地球上每天都有大量的中微子“穿过”，它们主要来自太阳、超新星爆发等。

日本东京大学在一个废弃的矿山深处储存了五万吨的纯水，建造了这个深达1000米的超级神冈中微子探测器，最初的目的是探测质子衰变同时也用来寻找中微子。

前边已经说了中微子几乎不与任何物质发生反应，几乎只参与弱相互作用。我们的身体每天都有大量的中微子穿过，人类探测它们很困难，但也并不是没有办法。中微子入射到探测器后会产生电子和μ子，而中微子探测器中的光电管便可侦测出它们的切连科夫辐射，而超纯水就是接受中微子的介质。

这个辐射最早由苏联的物理学家切连科夫在1934年发现，当高速带电粒子在介质中穿行时，如果速度大于该介质中的光速，那么就会产生一种方向性很强的光辐射，很容易被辨别出来。

好多国家都有类似的中微子探测器，日本的这个中微子探测器的发现已经让多位科学家获得了诺贝尔物理学奖。

与此前有关报道的日本大量储备石油、天然气、稀土以及煤炭等战略资源不同，目前日本在地底下储存的50000吨纯水不是作为战略储备，而是日本东京大学的小柴、户冢、梶田三师徒共同创建的超级神冈探测器。

超级神冈探测器之所以要储存这五万吨100%的超纯水，主要是探测质子衰变以及被设计用来来寻找太阳、地球大气的中微子，并观测银河系内超新星爆发。

为了达到这一探测目的，日本于1983年在位于日本本州岛中部，距名古屋北30公里、大阪东150公里、东京西300公里，且具有“森林之国”、“山水之国”美誉的岐阜县境内建造了超级神冈探测器。为了阻隔其他宇宙射线的影响，该探测器建在位于一个废矿地底下约3300英尺处（1000米），设施的主体是一个高41.4米、直径39.3米的不锈钢圆柱形的容器，其高度几乎与15层楼相当，而仅内部探测器盛水的“水箱”直径为33.8米、高度为36.2米，体积约为3.14*（33.8/2）²*36.2=32464.72立方米。

不仅如此，神冈实验室资深学术顾问小柴昌俊还领导团队在不锈钢圆柱形容器的内壁上安装有11200个光电倍增管，利用超级神冈探测器庞大的体积和无任何污染的超纯水，并结合用于中微子个头小、不带电，且以接近光速运动，并且可自由穿过地球的特性，探测高速中微子在水中通过时产生的切伦科夫辐射。

经过一系列的观察和研究，超级神冈探测器可谓是硕果累累，它使得小柴昌俊团队在探测宇宙中微子和发现宇宙X射线源方面取得较高成就，并因此于2002年获得诺贝尔物理学奖。与此同时，超级神冈探测器还制造了数个诺贝尔物理学奖等级的成果。

为了是科学研究更加深入，在超级神冈探测器既有1000亿日元（约为60以人民币）投入上，日本政府还打算打造升级版超级神冈探测器，届时将会有哪些新的成果出现呢，让我们拭目以待吧！

题目中说的应该是日本的超级神冈探测器（内部装有五万吨水），这个科学装置因探测中微子以及证实了著名的中微子振荡而出名。

可能有些朋友感到疑惑，为什么探测中微子的装置需要用到五万吨超纯水呢？

中微子探测，听上去是多么的高大上，而且中微子几乎不与物质发生反应（仅参与弱相互作用和引力相互作用），光用水就能生效了？

还真是这样，原理就是利用中微子与水的相互作用，产生的次级粒子（电子）运动速度超过了水中的光速，由此产生切伦科夫辐射（散发出蓝色光芒被内部的光电倍增管探测）。当然了，探测中微子的办法并不是只有这一种，这里就不多举例了。

所以说，这五万吨水完全是科学研究所用，并没有什么其它含义。

『贰』 日本在地下1000米深处，储存了5万吨超纯水，20多年来目的何在

日本作为一个岛国， 自然资源并不丰富，经常要向别国进口石油、煤炭 ，但凡事都有利有弊，日本虽然极度缺乏工业原料，但却是个水资源大国。

在世界水资源匮乏的现在，水资源已经成为世界性的问题。但 日本作为一个水资源大国，却在一个偏远城市的地下藏起了5万吨超纯水 ，这是怎么回事？难道说又是日本的阴谋吗？

日本为什么要储存这么多超纯水？

超纯水，顾名思义就是超级纯净的水， 电阻率达到18 MΩ*cm（25 ）的水就称之为超纯水 。超纯水并不常见，一般只有在实验室才会用到。

因为这种水， 除了水分子外，几乎没有什么杂质， 不仅没有细菌，也没有人体所需的矿物质微量元素。如果意外喝下去，还会引起细渗透压变化，导致细胞膨胀甚至破裂，对人体造成损伤。

那日本储存这么多的超纯水来做什么？这些水又不能喝。答案是， 为了探测中微子 。

在上个世纪80年代，日本为了探测质子衰变，在岐阜县的一个废弃矿山的矿井中，修建了一个名叫 “神冈核子衰变实验”的神秘建筑， 完工后整个建筑呈圆柱形，高16米，直径15.6米，装有3000吨水和大约1000只光电倍增管。

起初因为灵敏度不够，没有达到探测目的，就在1985年开始扩建，这极大地提高了探测器的灵敏度。于是在87年2月，神冈探测器与美国的探测器共同发现了 大麦哲伦星云中超新星1987A爆炸时产生的中微子， 这是人类首次探测到太阳系以外的天体产生的中微子。

这次探测给了日本研究人员极大地鼓舞，又对实验室进行了扩建，耗资1亿美元建造了更大的探测器，也就是今天的“ 超级神冈探测器” 。其中的探测物质从3000吨超纯水，增加到50000吨超纯水，各方面全面升级，可谓是鸟枪换炮。

1996年，“超级神冈探测器”正式被投入使用，探测范围从原来的探测质子的衰变，扩展到寻找太阳、地球大气的中微子， 并观测银河系内的超新星爆发。

自1998年，超级神冈探测器开始发布中微子探测结果起， 就给日本科学界带来了多个诺贝尔物理学奖桂冠 ，例如小柴昌俊（2002年）以及梶田隆章（2015年）。

什么是中微子？

现代科学证实， 人类所在的物质世界，是由各种基本粒子构成的， 中微子也是组成自然界的基本粒子之一，是轻子的一种。

不过中微子却有着非常奇特的性质， 虽然它的数量之多，在宇宙中无处不在，但却基本不与其他物质进行相互作用，是个中性物质， 因此就算每秒钟通过我们眼睛的中微子数十亿计，我们也浑然不觉，被称为宇宙“隐身人”。

最初提出中微子设想的是匈牙利物理学家泡利，当时的科学家在研究β衰变（即原子核辐射出电子转变成另一种核）时，发现在这个过程中有一部分能量不知去向。于是开始开始质疑能量守恒定律，但年仅30岁的泡利坚信能量守恒定律，于是提出非凡的猜想：在此过程中， 必定还有一种不带电的、质量极小的与物质相互作用极弱，以至于无法探测到的新粒子放出来，是它带走了那一部分能量。 他把这种未知的粒子叫做“小中子”，就是现在说的“中微子”。

1942年，美国物理学家艾伦按照我国物理学家王淦昌提出的方法， 首次通过实验间接证实了中微子的存在。

在泡利提出“中微子假说”后的26年后，也就是1956年美国加利福尼亚大学莱因斯教授带领的团队，通过把400升醋酸镉水溶液作为靶液，放入新投入使用的核反应堆中（作中微子源），每小时测得2.8个中微子，这个结果与泡利的理论预测完全一致。 因为在实验中直接观测到了中微子，莱因斯于1995年获得诺贝尔奖。

中微子，作为宇宙中的基本粒子之一， 它们的速度非常接近光速，而且个头小、不带电，只参与非常微弱的弱相互作用和引力相互作用。 而且这种力的作用距离极短（小于10^-17米），这个范围其实就是原子核内的夸克层面。

因为中微子，不与其他物质反应的性质，导致科学界花费了接近30年才直接观测到中微子。直到后来，科学家发现，中微子在水中穿行时，又极小的概率与水中的氢原子与氧原子发生反应。由于光在水中的速度只有真空中的75%，而接近光速的中微子，在水中的速度比光还快， 中微子在水中的“超光速”会发出一种独特的辐射光，切伦科夫辐射光。

而日本之所以会在地深处1000米的地方装上5万吨超纯水， 一个是为了更好地与中微子反应，另一个就是为了避免接收到出中微子外其他的宇宙射线， 保证中微子发出的切伦科夫辐射光能被准确的记录下来。

为了记录这些辐射光，科学家在超级神冈探测器的内壁上 设置了1.12万个光电倍增管 ，其功能是 将辐射光信号尽可能地放大（可以高达1亿倍） 。工作时，这一万多个光电倍增管就是一万多只眼睛，它们在黑暗中忠实的记录着中微子在超纯水中反应发出的切伦科夫辐射光信号。

事实证明这个装置十分有效，不仅首次 观测到超新星爆发时散射的中微子 ，还观测到来自太阳系的中微子。

是的，这些会“隐身”的中微子就是来自于太阳。 太阳这个巨大的恒星，相当于一个大型的热核反应堆，无时不刻进行着聚变反应， 向宇宙散发出无数的中微子，因为地球没有完全接受到来自太阳的中微子，所以无法估计中微子的数量有多大。

根据物理学家的研究表明， 太阳每产生3个光子就会伴随产生两个中微子， 但在相当长的时间里，地球上观测到的中微子数量只有理论的三分之一，这就是美国科学家戴维斯发现太阳中微子失踪之谜，他也因此获得了2002年的诺奖。

我们不禁会想这剩下的三分之二的中微子跑到哪里去了，凭空消失了吗？直到1987年观测到的一场超新星爆炸，那些产生的中微子并没有像太阳中微子一样消失了三分之二， 于是科学界猜想，中微子可能不止一种，而是有三种，并且相互之间还可以互相转化， 这就是日本东京大学教授小柴昌俊提出的“中微子震荡”假设。在2001年加拿大SNO实验也证实了失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。证实了中微子之间可以互相转化，并且中微子的数量不止一种。

现代科学研究告诉我们， 中微子的种类上限为3，即有3种中微子。 除了上述发现的电子型中微子之外，还有μ型中微子（1962年发现）和τ型中微子（1975年发现），每一种中微子都有相同的反中微子。

中微子的作用

一、获得恒星内部的消息

因为中微子是质量极小的不带电的基本粒子。它广泛存在于宇宙的每一个角落， 平均每立方厘米就有300个左右，比其他所有的粒子多出数十亿倍， 对整个宇宙有着举足轻重的地位。

而且因为它几乎不与一般的物质产生相互作用，在恒星内部的中微子可以不受拘束地跑出恒星表面，因此只要探测到这些来自于恒星内部的中微子可以获得有关其内部的信息。 得到太阳、超新星乃至整个宇宙内部的演化过程和内部结构的规律。

二、地质学

此外，由于中微子与物质相互作用的截面会随着中微子能量的提升能增大，利用高能加速器对中微子进行加速，产生的定向照射地层，与地层物质性互作用相互作用会产生内局部震动， 能够实现对深层地质的扫描和勘探。

而且地球内部的放射性元素衰变也会产生中微子， 捕捉这些中微子就可以得到地球内部结构的精确数据和演进规律， 让埋在地球深处的奥秘一览无遗。

三、核反应过程的诊断

也许中微子最明显的应用就是在核反应堆中。这一领域正在积极发展，并基于这些粒子正在创建各种传感器，从而能够实时监测核电站反应堆的功率，并了解其燃料的复合成分。

四、军事领域

1、 中微子雷达

因为核反应会产生大量的中微子，中微子可以轻易地穿透各种障碍物。所以通过中微子信号的探测可以发展出中微子雷达，实现对深海核潜艇和地下核设施的精准定位。

2、中微子武器

主要用于销毁敌人的核武器库。利用加速产生的中微子束定向照射核材料，可以将核材料点燃和销毁。

3、中微子天文学

通过中微子可以任意穿行恒星内外之间，通过研究这些中微子，可以发现甚至非常遥远天体的属性。因为任何恒星，其本质上都有一个热核反应堆，它们都会发射出大量的中微子。在研究过程中，科学家发现，随着恒星年龄的增长，它形成的粒子的数量在逐渐减少。在“临终时刻”，恒星会失去高达90%的中微子，这就是为什么中微子开始冷却的原因。

4、通讯方式

在这一领域，中微子还没有被真正使用，因为这些技术只停留在理论上。从1970年起美国就有科学家开始研究以中微子为载体的通信技术，因为中微子可以无障碍地任意穿行在事物内部，所以这就极大地促进数据在任何地方的传输，到地球的任何地方，甚至到达地表深处，认为中微子可以胜任全球点对点无线直连以及地面和深海之间电磁波难以完成的通信任务。而且这种通信技术还不会对人体造成辐射伤害，可以说是一种清洁、高效的电子通信方式。

结语

人类的 科技 在不断的进步，从预言中微子到发现，最终证实中微子的存在，科学界花了一个世纪的时间， 但目前我们对于中微子还知之甚少。

日本在2019年发布将升级超级神冈探测器，为储水26亿吨的顶级神冈探测器，将拥有数倍超级神冈探测器的实力， 我国的江门中微子实验，将最早于2022年开始收集数据， 这个位于地下700多米深的中微子探测设施将进一步揭开中微子的神秘面纱。

『叁』 日本将在地下1750米，存放26万吨超纯水，究竟有何目的

水在地球上很常见，地表的七成覆盖着海水，海水的总质量估计高达140亿亿（1.4 10^18）吨。另外，在地下深处1000公里，还隐藏着大量的水，总量估计与地表海水差不多。

但要说真正意义上纯净的水，地球上并没有。在自然界中，水都会或多或少包含一些矿物质、微生物等杂质。不过，日本已经在地下存放了5万吨超纯水，也就是几乎只有水分子（H2O）的水，未来还将会再储存26万吨的超纯水，他们这么做究竟有什么目的呢？

这其实涉及到了追踪宇宙中神秘的“幽灵粒子”——中微子。这是粒子物理标准模型中不可再分割的基本粒子，本身不带电荷，质量极低，以十分接近光速的速度运动。

然而，想要探测到中微子极其困难，因为它们只极为微弱地参与弱相互作用和引力作用。中微子可以非常轻易地穿过诸如地球这样的巨大物体，而不会引起什么反应。

据估计，每秒有100万亿个中微子会穿过人的身体，其中大部分来自于太阳。在太阳的核心区域，氢核聚变产生伽马光子的同时，也会释放出大量的中微子。尽管每时每刻都有大量的中微子穿透我们的身体，但我们无法直接感知到它们的存在。

为了探测到难以捉摸的中微子，需要通过特殊的手段。在地下1公里深的矿山中，日本科学家建造了超级神冈中微子探测器。因为只有远离地表，才能排除掉其他宇宙高能粒子的干扰。而中微子穿透性很强，探测器可以在地下深处来捕捉它们。

除了远离地表，而且还要超纯水。通过特殊的净化系统，去除水中的离子、尘埃颗粒以及微生物等杂质，从而得到基本上只有水分子的超纯水，纯度可达99.999999%。

通常情况下，水可以导电，因为水中包含一些杂质，存在大量自由移动的离子。而超纯水中只有水分子自偶电离产生的少量氢离子和氢氧根离子，其导电性几乎没有，电阻率为18.2 MΩ·cm，可以认为是半绝缘体。

只有去除掉水中的杂质，才有一定概率探测到中微子。当中微子与水分子发生相互作用之后（概率极小），将会释放出速度极快的高能粒子，它们的速度会超过光子在水中传播的速度，从而辐射出波长很短的电磁辐射，这就是切伦科夫辐射。

在超级神冈中微子探测器中，储存着5万吨的超纯水，该研究项目耗资7亿元人民币。未来，日本还要建成超巨型神冈中微子探测器（顶级神冈），其中将会把26万吨超纯水深埋于1750米的地下，新研究项目的耗资将会超过50亿元，建成后将会是世界最大的中微子探测器。

超级神冈探测器于1983年投入使用，它给人类带来了一系列重大科学发现。1987年，超级神冈探测器探测到了大麦哲伦星系（距离16万光年）中的一颗超新星所释放出的中微子，它们比伽马射线暴提前3小时到达地球，这个重要发现给未来预测超新星爆发提供了可能性。

另外，超级神冈探测器还发现了中微子振荡，证明中微子并不像光子那样没有静质量，只是非常低。凭借着这些重大发现，先后有多位物理学家因此获得诺贝尔物理学奖。

预计在2027年，顶级神冈将会投入使用，它的灵敏度比上一代有了大幅提升。到了那时，新一代中微子探测器将有望揭开质子衰变之谜，甚至是宇宙起源之谜。而这一切都离不开看似平常的物质——水。

『肆』 日本在地下存了五万吨超纯水，为什么他们这么做

中微子是一种非常难捕捉的粒子。它可以轻易地穿过宇宙中的物质而不带电，几乎不留痕迹。每秒钟都有数千亿个中微子穿过人体，但人永远感受不到。寻找中微子最好的方法是使用“超神帮”这样的探测器。

中微子虽然速度快，质量小，但通过纯水时会留下微弱的痕迹。这种被称为切伦科夫辐射的现象就是寻找中微子的诀窍。水越纯净，这种辐射就越明显。这就是为什么日本把水藏在一个近千米深的矿井里。

太阳、地球、核反应堆、超新星爆发、宇宙诞生的大爆炸等。都产生大量的中微子。它们以接近光速的速度飞行。根据物理理论，每秒钟有1000万亿个宇宙中微子穿过一个人的身体。由于中微子几乎不与物质发生反应，发生反应的概率很小，所以需要建造一个巨大的探测器来“捕捉”它，“超神帮”就是在这样的背景下诞生的。

中国有江门中微子实验用的2万吨液体闪烁探测器，建在广东省江门市开平市大石山、金鸡镇、赤水镇。大石山距离阳江和泰山反应堆只有53公里，符合距离反应堆60公里左右的要求，因为反应堆出来的中微子在这里有最明显的振荡效应。

『伍』 30年前，日本在1000米地下储藏了5万吨纯净水，究竟有何目的

众所周知，日本乃是一个资源短缺的岛国，这是先天条件导致的，除了依赖进口外，几乎没有解决之道。不过，凡事有利就有弊，虽说日本没有石油、煤炭等资源，但水资源却十分丰富，堪称“取之不尽，用之不竭”。不过奇怪的是，日本岐阜县却在1000米的地下储藏了5万吨纯净水，他们究竟意欲何为？

由此可见，人类对宇宙的探索从未停止过，大到星体，小到中微子，只要这世上还存在未解之谜，就会有人一直为之奋斗。有句话说得好：好奇才是前进的驱动力，宇宙是神秘的，同样也是精彩的，终有一天，人类会揭开全部的谜底。

『陆』 “超纯水”是怎样的，日本为何要在地下储存了五万吨

“超纯水”是怎样的，日本为何要在地下储存了五万吨？

如果我们要问哪里的水是最清澈的，那么答案大概率就是东京大学在日本岐阜县飞驒市神冈町茂住矿山地下1000米处修建的超级神冈探测器，在这里储存在5万吨超纯水。这5吨超纯水的纯净程度几乎是人类技术所能够做到的极限，没有任何杂质、离子甚至是没有任何空气溶解在水中。那么问题来了，为什么在这地下1000米深度储存5万吨超纯水，到底有什么用意呢？

『柒』 日本在地下存放了5万吨超纯水，他们的目的是什么

顾名思义，所谓超纯水就是指非常纯净的水，电阻率达到18兆欧姆·厘米（25 ）的水就可以称为超纯水。为什么水的纯净度会与电阻率有关呢？这是因为水本身是电的不良导体，水中的杂质越少，电阻率就越大，相应的其导电性能就越小。

尽管超纯水在自然界中是不存在的，但人类却可以自己动手来制备，通常来讲，超纯水的制备量都很少，不过凡事都有例外，日本东京大学的科学家就在地下存放了5万吨超纯水。那么他们的目的是什么呢？答案就是探测宇宙中的“隐身粒子”——中微子。

中微子是宇宙中的一种基本粒子，它们的运动速度通常都非常接近光速，强相互作用力和电磁力都不会对中微子产生作用，而由于中微子的质量又极小（一般小于电子质量的100万分之1），因此引力对它的作用也几乎等于零，也就是说，四大基本力中有三种都对中微子无效。

弱相互作用力对中微子有效，不过这种力的作用距离极短（小于10^-17米），这个范围其实就是原子核内的夸克层面。简单来讲就是，只有中微子直接撞上了原子核内的夸克，科学家才有可能探测得到它们，那这种概率有多大呢？我们不妨来看一下数据。

原子、夸克和中微子直径的数量级分别为为10^-10米、10^-18米和10^-20米，也就是说，如果把中微子放大成一颗直径1厘米的小球，那么按照相同的比例放大，原子的直径就有10万公里，而位于这个原子中心的夸克的直径则却有1米。

由此可见，中微子击中夸克的概率可以说低得令人发指，所以在绝大多数时候，中微子都是直接穿过原子，我们根本就察觉不到，正因为如此，中微子也被称为“隐身粒子”。

宇宙里中微子的数量相当巨大，对我们地球人而言，平均每秒钟就有数十万亿个中微子穿过我们的身体。由此可见，尽管中微子撞上夸克的概率极低，但在如此多的中微子里，仍然可能会有极少的一部分会与地球上的物质产生互动。

因此科学家只需要建造一个巨大的“靶子”，并对其进行严密的监测，就可能探测得到中微子，而日本在地下存放了5万吨超纯水的目的，就是建造这样一个“靶子”。

这个项目全称为“超级神冈中微子探测实验”（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），科学家将超纯水装在一个直径39.3米、高41.4米的不锈钢圆柱形容器之内，被深深地埋在日本岐阜县飞驒市神冈町的一处深达1公里的废弃矿井中。

为了保证水的纯净度，这里的空气都是净化处理过的，而容器里的超纯水更是会被不停地进行循环净化，去除掉其中所有能够被去除的杂质。科学家认为，在地下1公里处，可以有效地避免地球表面的各种干扰，而超纯水又几乎是完全透明的，这样就可以大幅度地提高发现中微子的可能性。

当中微子撞上了原子核中的夸克之后，会产生电子和μ子（μ子和电子一样属于轻子，其质量大约为电子的200倍，半衰期只有2.2 x 16^-6秒），这些电子和μ子的速度极快，甚至会超过光在水中的速度，在这种情况下，就会产生切连科夫辐射，从而释放出非常微弱的光信号。

为了探测这些光信号，科学家在这个容器的内壁上设置了1.12万个光电倍增管（上图中的金色圆球），其功能是将光信号尽可能地放大（可以高达1亿倍）。

在处于工作状态的时候，这些光电倍增管就像是1万多只眼睛一样在黑暗中“盯”着容器里的超纯水，静静地等待着某个来自宇宙深空的中微子一头撞在夸克上所发出的那么一丁点微光。

如此精心的安排没有白费，迄今为止，该项目已经多次探测到了中微子，从此拉开了中微子天文学的序幕，而日本科学家也因此获得了两个诺贝尔物理学奖（分别为2002年和2015年）。顺便讲一下，该项目其实还有另外一个目的，那就是探测质子衰变，不过这一目标始终没有实现。

『捌』 超纯水究竟有何用，日本为何要储存5万吨

日本储存万吨超纯水是想观察水中的中微子。通过放置20年达到清晰度，通过一个超级神冈探测器进行观测。

建造这个容器的目的就是在里面存放了超过5万吨的超纯水，现在已经过去了20多年的时间，这些超纯水一滴都没有被喝过。

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那么什么是中微子呢？在自然界当中它无处不在，可以任意的在宇宙和地球中穿梭，被称为是最高能的中微子，过了20年的时间才确定了中微子的存在，它还有可能是来自于太阳系之外的产物，而这些超纯水就是为了检测到中微子的存在，只因油水保持足够的清洁度才可以观察到中微子的出现，因为它的出现以及离开是转瞬即逝的，如果水中有任何一点污染高能中微子就无法被监测到。

这一切的建立对于天文学来说拥有着举足轻重的意义，1983年，模型建立之后在1987年就观测到了超新星爆发的现象，证明了超新星爆炸理论是非常正确的理论。

总的来说，这一项发明和理论，如果能够成功肯定是一项巨大的，有意义的事情。通过超级神冈探测器进行观测一种物质，是否是太阳照射留下的中微子。

『玖』 为什么日本要在地下1千米，存储5万吨超纯水呢

为什么日本要在地下1千米，存储5万吨超纯水呢？

超级神岗探测器水箱内的水都是超纯净的，需要不断多次净化，并通过紫外线消毒杀死任何可能细菌，生成的超纯水非常纯净，其性质与普通水差别巨大，可以溶解接触的大部分物质。曾经有人不小心头皮接触里面的超纯水后导致头皮发痒，据说比得水痘还痒。2000年把油箱里的水排干时，发现了一个1995年留下的扳手的轮廓，很明显，扳手已经溶解了。

『拾』 日本要在地下1800米，存放26万吨超纯水，有什么目的

1982年，在一座废弃多年的矿山之下1000米，日本斥资1亿美元，耗时多年建造了一个直径和高度大约为40米的圆柱体不锈钢容器，里面装着5万吨的超纯水，其纯度高达99.999999%。

2020年，日本又斥资6亿美元，在地下1800米的地方，开始建造更为庞大的圆柱体不锈钢容器，计划7年建成。新容器的直径和高度大约为70米，其中能够装下多达26万吨的超纯水。

超级神冈探测器的发现不仅在于开启了一门全新的天文学分支——中微子天文学，而且还能为预警超新星爆发提供了可能。虽然中微子的速度略慢于光速，但它们先被释放出来，早于伽马射线暴3小时抵达地球。

研究中微子，还有助于探测极为神秘的暗物质，因为中微子有可能是一种暗物质粒子。超级神冈探测器已经取得了一系列重大发现，多位物理学家因此而获诺贝尔物理学奖。有了超级神冈的经验，日本正在建造更为灵敏的中微子探测器，也就是顶级神冈探测器，它能为我们揭开更多的前沿物理学之谜。