揭秘日本地下储存5万吨超纯水（日本在地下1000米深处）

水对于人类是十分重要的资源，从上世纪末开始，日本二十多年来在地下一千米深的地方存储了5万吨的超纯水，人们不免好奇，这是为了日常饮用吗？

日本超纯水

日常饮用的纯净水几乎不含有任何杂质，为什么日本不存储纯净水转而存储超纯水呢？

超纯水究竟是什么，它又有什么作用？

中国在超纯水方面是否有对应的研究？

接下来本文将会从以下几个方面来解释这些问题：一、超纯水是什么？二、超纯水的作用。

日本超纯水

三、日本利用什么来存储超纯水？

四、中国在超纯水方面有何建树？

什么是超纯水？

我们想知道日本存储5万超纯水的目的，我们首先要知道超纯水是什么。

水是由两个氢原子和一个氧原子构成

水的构成是两个氢原子和一个氧原子，也就是H2O，普通的水除了这以外还存在着其他的杂质，比如说细菌、病毒。

而我们饮用的矿泉水也是含有一定量的矿物质、微量元素或者其它成分的。

超纯水和它们相比也有不同，超纯水是比较纯粹的，几乎不含其它化学成分。

超纯水是除了两个氢原子和一个氧原子之外，没有任何其它的有机物。

也就是说，超纯水除了水还是水，虽然看起来十分健康不像矿泉水一样含有微量元素，但它其实并不适合饮用，长期饮用会缺少人体所需要的微量元素。

除此之外，普通的水因为含有大量的正负离子所以属于导电体，但超纯水因为不含离子可以说是几乎不导电。

只有H2O的超纯水，需要提取才能够获得，而且通过普通的程序无法得到，生产出超纯水，必须经过一系列复杂而精细技术比如应用蒸馏、去离子化、反渗透技术等。

超纯水工艺流程图

那么日本花费如此多的功力去研制超纯水，它又有何种用途？

超纯水的用途是什么

实际上超纯水真正的用途是为了研制像半导体材料、纳米精细陶瓷材料这样的超纯材料而制造出来的水。

“超级神冈”的光电传感器将中微子检测为闪光

但日本所存储的超纯水是用来检测中微子的，利用超纯水来检测中微子的存在和振动。

这里必须解释一下中微子的概念和性质，中微子在自然界中广泛存在，但是它是质量极其轻而且不带电的基本粒子。

因为质量微乎其微，所以中微子可以以接近光速的速度移动。

奇妙的是，中微子无处不在，因为它可以穿透任何粒子，几乎能够穿越地球上的所有物质。

自然界的最基本的粒子之一中微子

无论是生命体或者是非生命体，与其它的物体产生反应时十分微弱。

十分微弱具体体现在许多中微子和物质接触但是不一定会和这个物质发生反应，如果是一个具体的数字的话，大概在在100亿个中微子中才有一个中微子会与物质发生反应，这样看来中微子像是具有隐形功能一样。

宇宙射线

由此可见，想要了解到中微子的存在可谓是十分困难，想要观察到中微子，首先这个仪器必须足够庞大，要能够排除外界的干扰，包括来自宇宙射线。

那么这时候超纯水的作用就出来了，超纯水不含有任何杂质，而且它是极其少数能够与中微子发生反应的物质。

光速

当中微子以超高速来穿过超纯水时，会产生不同程度的衰变，中微子将变成高速运动的电离子，最高速度甚至可以超越光在水中传播速度，根据人类现在的科技是完全可以捕捉到这样的变化的。

日本超级神冈探测器

接下来我们来看第三个问题的答案，有了这五吨超纯水之后，日本是通过何种方式去存储它的呢？

超级神冈探测器

没错就是利用日本的超级神冈探测器存储的。

上文说道，检测中微子的存在必须要排除可能会干扰实验的环境，像人来人往的闹市中寻找“隐形者”谈何容易，所以这个容器最好建立在人迹罕至的地方，通常是建立在地下。

这个超级神冈探测器就是建立在日本岐阜县一座废弃矿山地底的1000米处。

超级神冈探测器是个不锈钢圆柱体

从外部看它就是一个大型的不锈钢圆柱体，直径与高度都达到了惊人的40米！

内部来看，这个圆柱体的内壁上分布着无数的金色的圆球。

而里面就装着存储的5万吨用来检测中微子的超纯水。

耗费如此大的心力建造一个大型探测器就是为了增加检测中微子概率的几率。

工作人员安装光电倍增管

下面来看一下日本超级神冈探测器的工作原理，中微子虽然肉眼不可见，但是数量众多，而探测器里面的超纯水也不少，足足5吨，中微子和超纯水发生反应的几率也会增加。

一旦中微子穿过这里的超纯水以后发生了反应，这里面的小圆球也就是光电倍增管会放大这种反应，即清晰的看到超纯水与中微子发生反应后产生的契伦科夫光，并将其记录下来。

光电倍增管的玻璃表面是由工匠手工制成的

观察中微子与超纯水发生的反应并不容易，但在运用人类智慧的前提下，我们知道，是可以利用光电倍增管来放大反应产生的契伦科夫光来让检测变得相对轻松。

观测契伦科夫光的进一步目的是通过探测质子衰变，来发现银河系内超新星爆发，研究超新星的爆发是有利于揭示宇宙形成的奥秘。

银河系结构图

不过当时的日本，并没有观测到质子的衰变。

当今的没有任何一个国家能够检测到质子衰变，不过日本无心插柳，检测到了太阳中微子的存在，因此将推进这一研究的进行。

中国在中微子探测方面有何建树呢？

我们现在提到的神冈探测器其实日本在上世纪已经建成，由此可见日本是十分重视科技，并且不断寻求突破的。

诺贝尔奖

日本在这方面的研究，让他们获得了2个诺贝尔奖。

并且日本还打算建立一个更加大的探测器，名为顶级神冈探测器，这是神冈探测器的加强版。

这个顶级神冈探测器的容量是神冈探测器的五倍，达到了26万吨！

日本走在科技前沿，那我们在这个领域方面有何建树呢？

虽说我们国家上个世纪的科技还不是很发达，但是我们的科研工作者一直在默默奋斗着，为了让中国科技不断发展，他们殚精竭虑，夙兴夜寐的研究和实践。

中微子作为近年来最重要的课题之一，我们也不甘落后，肯定会紧跟时代的步伐。

在这之后国家成功进行了大亚湾反应堆中微子实验，因为此项成就使得我国的中微子研究就一举跨入了国际领先地位，这个项目并被国外称为“中国有史以来最重要的物理学成果”。

大亚湾探测器之一

在此之后我国在广东省的江门市建立了江门中微子实验站，这个实验站预计在2023年投入使用，届时它将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。

江门中微子实验站的进阶版本是测量中微子的质量顺序，我们的实验站相较于日本的顶级神冈实验、美国的沙丘实验优势在于核反应相对来说比较容易捕捉到，因为产生的中微子数量非常多。

江门中微子实验全貌效果图

期待江门实验能够推动我国中微子探测研究的一大步，创造出令世界震惊的成果。

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