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？ 亚原子中微子是恒星开始坍缩成超新星并最终形成黑洞时发出的基本粒子，中微子每时每刻都在穿过我们身体和我们周围的一切，据估计每秒有650亿颗这样的粒子通过每平方厘米的空间。中微子不被发现是因为它们非常小，更重要的是中微子不带电荷，因此，它们对电磁力具有免疫力，而存了五万吨超纯水的超级神岗探测器就是为了监测中微子的。 中微子可以穿过100光年的钢铁，而不会减速，因此，科学家们建造了惊人的超级神冈中微子探测器来捕获一些中微子。超级神岗探测器（Super-kamiokande，或称Super K）是建立在日本池野山地下1000米专门用来检测中微子的装置。由于周围的岩石和四周的钢壁，其他粒子不能达到超级神岗探测器，但是对中微子不构成障碍。在一颗恒星开始坍缩之前，就会发射出中微子，所以超级神岗探测器就像一种早期预警系统，可以提前通知天文学家什么时候该注意这些宇宙事件。粗略的计算表明，大约每30年就会有一颗超新星在人类探测器能够看到的范围内爆炸一次，如果你错过了一个，人类将不得不再等上几十年才能碰到下一个。超级神岗探测器于1996年开始运行，是原神冈探测器的升级，在超级神岗探测器运行两年后发现了中微子振荡获颁2015年诺贝尔物理学奖。 超级神岗探测器是一个惊人的结构，包含了5万吨的超纯水，在一个41.4米高，39.3米直径的圆柱形不锈钢水箱里。同时水箱里排列着11146个光电倍增管，使得超级神岗探测器在视觉上令人眼花缭乱。光在水中的传播速度仅为在真空中传播速度的四分之三，跟音爆类似，如果一个粒子如中微子在水中的速度超过水中光速，它也会产生光冲击波。水箱里排列着11146个金色的灯泡就可以接收到这些冲击波。光电倍增管很像一个反过来的灯泡，灯泡接收电压并产生光，而光电倍增管接收光并产生电压。 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。
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。
日本超纯水储存用来干什么？
日本超纯水储存用来探测中微子。 由于超纯水没有任何杂质的分子结构单一，它的质子一般都是基础形态的，每当高速运动的中微子穿过超纯水的质子时，质子会发生不同程度的衰变，从而变成高速运动的电离子。这种电离子的运动速度非常快，甚至会超过光在水里的传播速度。 有时会带来类似于“音爆”的冲击波，而这种衰变和冲击波就是人类现有技术下可以被观测到的，同时也是对中微子探测的一个重要标志。所以，日本在地下千米处储藏的五万吨超纯水的最大目的就是用来探测中微子的。 中微子在超纯水中穿过时会产生一定程度的反应 中微子是组成自然界最基本的粒子之一，是一种不带电荷的中性电子。其实，人类无时无刻不处在中微子的世界之中，它听着陌生，实际离我们近在咫尺，它的神奇之处在于可以以接近光速的速度穿透世间的任何物质，但是几乎不会与这些物质发生作用。 有研究表明，每一秒都有数万亿的中微子在我们的身体中穿过，但我们却丝毫没有觉察到。它的这种功能，就像是隐身术一样，所以，又被称为宇宙之中的“隐身者”。同时，科学家研究发现，几乎不跟其它物质发生作用的中微子，唯独在超纯水中穿过时会产生一定程度的反应。
日本储存超纯水干嘛
日本超纯水储存是用来进行一项非常重要的实验。原因解释：1983年日本完成了一次迷惑行为，他们在矿山1000米的地下建立了一个非常大的工程，一个大约高41.4米，直径超过了39米的不锈钢圆形柱的设备。建造此设备的目的就是在里面存放超过5万吨的超纯水。这个设备的名字叫做超级神冈探测器，它并不是一个对外开放的池子，而是一个非常大的容器，该容器需要进行定期过滤以保持清洁度，时刻都有工作人员通过监控对水质进行观察和监测。通过该容器和5万吨超纯水，可以探测到质子衰变，以及大气中的中微子，通过这些发现，可以观测到宇宙当中超新星的爆发，所以这可谓一个微型的宇宙观察器。超纯水简介：超纯水是把水中的导电介质几乎完全去除，又把水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水，电阻率达到10MΩ*cm（25℃）。超纯水常用于集成电路工业中用于半导体原材料和所用器皿的清洗、光刻掩模版的制备和硅片氧化用的水汽源等，也作为其他固态电子器件、厚膜和薄膜电路、印刷电路、真空管等制作的材料。
在地下一千米深处，暗藏5万吨超纯水，日本20多年来有什么目的？
日本在地下1000米深处，存储了5万吨超纯水，20多年来目的何在？ 日本有一个非常神秘的建筑，藏在地下1000米的深处，这个建筑里面储蓄了50000吨的水，这到底有什么作用呢？并且这个建筑建立了有20年了，还给日本带来了很多次诺贝尔奖，这个神秘的建筑到底是什么呢？ 这个在地下储备了50000吨水的建筑，全称叫作超级神冈探测器，神冈探测器是目前上世界最大的探测中微子的探测器，它位于日本的岐阜县飞驒市神冈町。科学家用他们专门来探测中微子的，或者说寻找太阳中的东西。 这个探测器是一个直径约40米、高41米的圆柱形的容器，据说，这个神冈探测器内部储存了50000吨高纯度的纯净水。它的内部水箱，是一个是不锈钢材质的直径为33米、高度为36米的上层探测区，其他的部分就是外部探测区。这个大的水箱内部，周围一整圈都安装着一万多个光电倍增管，这个光电倍增管就是用来探测中微子通过水里，所产生的切连科夫辐射。 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中的中子，是一颗超新星里面释放出来的，它们比伽马射线暴速度还要快，大约提前了三小时就穿到了地球，因为有了这一发现，人们预测觉得未来超新星可能会爆发。那么这个探测器究竟建在1000米以下，究竟是为什么呢？ 物理学家认为， 我们所生活的世界，都是由各种各样的粒子结合形成的，粒子中也包含了中微子。 但是需要科学来证实人们的想法，物理学家想要继续 探索 中微子，所以要建造这个神秘的神冈探测仪。之所以盖在将近1000米深的地层中，是因为宇宙中的射线讯号会影响到研究，所以要阻隔它。并且这个 神冈探测器里面水必须要非常的干净，储存的是纯净水，而且要经过一系列的处理，去除水中的其他杂质，例如离子、微生物等等，这样就能达到99.99%纯度的纯净水了 。 因为中子特别小特别小，而且速度非常快，而且经研究，中子将近接近光速，在地球上，中子无时无刻都有， 每秒大概有100亿个中子穿过你的皮肤，但是人们无法感受到，如果想清楚地观察到它，就必须在一个非常干净、纯净、没有任何杂质的地方。所以说日本建立这个神冈探测器，必须在地下1000米深的地方，并储存5万吨纯净水 ，为的就是当中子穿过的时候，人们立马就能观察到。 据说这个探测器的建成，花费了大约7亿人民币，可谓是一笔巨资。并且日本人也因为这个神冈探测器，多次获得了诺贝尔奖。 在2002年的时候，日本的科学家小柴昌俊先生，凭借着神冈探测器和超级神冈探测器发现了中微子的证据，获得了诺贝尔物理学奖；在2015年的时候，小柴昌俊先生的徒弟梶田隆章、加拿大的阿瑟·麦克唐纳，两人发现了中微子振荡方面的信息又从而获得了诺贝尔物理学奖 ， 这让日本人都引以为傲。目前，顶级神冈探测器也正在建造，预计可能在2027年的时候，全面投入使用，它是一个全新升级版的探测器，会更加的稳定，灵敏度也有了很大的提高。日本人也越来越期待顶级神冈探测器的建成，预计会给他们带来一个又一个的诺贝尔物理学奖。 神冈探测器为我们证实了许多物理知识，也解释了一些宇宙中存在的物质，这些物理学家对科学界的贡献是不可言喻的。在2027年，全新的顶级神冈探测器也会投入使用，让我们一起期待物理学界新的发现吧！ 看完了，记得关注我，咱们下期再见哦！
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。