水對于人類是十分重要的資源，從上世紀末開始，日本二十多年來在地下一千米深的地方存儲了5萬噸的超純水，人們不免好奇，這是為了日常飲用嗎？

日本超純水

日常飲用的純淨水幾乎不含有任何雜質，為什麼日本不存儲純淨水轉而存儲超純水呢？

超純水究竟是什麼，它又有什麼作用？

中國在超純水方面是否有對應的研究？

接下來本文将會從以下幾個方面來解釋這些問題：一、超純水是什麼？二、超純水的作用。

日本超純水

三、日本利用什麼來存儲超純水？

四、中國在超純水方面有何建樹？

我們想知道日本存儲5萬超純水的目的，我們首先要知道超純水是什麼。

水是由兩個氫原子和一個氧原子構成

水的構成是兩個氫原子和一個氧原子，也就是H2O，普通的水除了這以外還存在着其他的雜質，比如說細菌、病毒。

而我們飲用的礦泉水也是含有一定量的礦物質、微量元素或者其它成分的。

超純水和它們相比也有不同，超純水是比較純粹的，幾乎不含其它化學成分。

超純水是除了兩個氫原子和一個氧原子之外，沒有任何其它的有機物。

也就是說，超純水除了水還是水，雖然看起來十分健康不像礦泉水一樣含有微量元素，但它其實并不适合飲用，長期飲用會缺少人體所需要的微量元素。

除此之外，普通的水因為含有大量的正負離子所以屬于導電體，但超純水因為不含離子可以說是幾乎不導電。

隻有H2O的超純水，需要提取才能夠獲得，而且通過普通的程序無法得到，生産出超純水，必須經過一系列複雜而精細技術比如應用蒸餾、去離子化、反滲透技術等。

超純水工藝流程圖

那麼日本花費如此多的功力去研制超純水，它又有何種用途？

實際上超純水真正的用途是為了研制像半導體材料、納米精細陶瓷材料這樣的超純材料而制造出來的水。

“超級神岡”的光電傳感器将中微子檢測為閃光

但日本所存儲的超純水是用來檢測中微子的，利用超純水來檢測中微子的存在和振動。

這裡必須解釋一下中微子的概念和性質，中微子在自然界中廣泛存在，但是它是質量極其輕而且不帶電的基本粒子。

因為質量微乎其微，所以中微子可以以接近光速的速度移動。

奇妙的是，中微子無處不在，因為它可以穿透任何粒子，幾乎能夠穿越地球上的所有物質。

自然界的最基本的粒子之一中微子

無論是生命體或者是非生命體，與其它的物體産生反應時十分微弱。

十分微弱具體體現在許多中微子和物質接觸但是不一定會和這個物質發生反應，如果是一個具體的數字的話，大概在在100億個中微子中才有一個中微子會與物質發生反應，這樣看來中微子像是具有隐形功能一樣。

宇宙射線

由此可見，想要了解到中微子的存在可謂是十分困難，想要觀察到中微子，首先這個儀器必須足夠龐大，要能夠排除外界的幹擾，包括來自宇宙射線。

那麼這時候超純水的作用就出來了，超純水不含有任何雜質，而且它是極其少數能夠與中微子發生反應的物質。

光速

當中微子以超高速來穿過超純水時，會産生不同程度的衰變，中微子将變成高速運動的電離子，最高速度甚至可以超越光在水中傳播速度，根據人類現在的科技是完全可以捕捉到這樣的變化的。

接下來我們來看第三個問題的答案，有了這五噸超純水之後，日本是通過何種方式去存儲它的呢？

超級神岡探測器

沒錯就是利用日本的超級神岡探測器存儲的。

上文說道，檢測中微子的存在必須要排除可能會幹擾實驗的環境，像人來人往的鬧市中尋找“隐形者”談何容易，所以這個容器最好建立在人迹罕至的地方，通常是建立在地下。

這個超級神岡探測器就是建立在日本岐阜縣一座廢棄礦山地底的1000米處。

超級神岡探測器是個不鏽鋼圓柱體

從外部看它就是一個大型的不鏽鋼圓柱體，直徑與高度都達到了驚人的40米！

内部來看，這個圓柱體的内壁上分布着無數的金色的圓球。

而裡面就裝着存儲的5萬噸用來檢測中微子的超純水。

耗費如此大的心力建造一個大型探測器就是為了增加檢測中微子概率的幾率。

工作人員安裝光電倍增管

下面來看一下日本超級神岡探測器的工作原理，中微子雖然肉眼不可見，但是數量衆多，而探測器裡面的超純水也不少，足足5噸，中微子和超純水發生反應的幾率也會增加。

一旦中微子穿過這裡的超純水以後發生了反應，這裡面的小圓球也就是光電倍增管會放大這種反應，即清晰的看到超純水與中微子發生反應後産生的契倫科夫光，并将其記錄下來。

光電倍增管的玻璃表面是由工匠手工制成的

觀察中微子與超純水發生的反應并不容易，但在運用人類智慧的前提下，我們知道，是可以利用光電倍增管來放大反應産生的契倫科夫光來讓檢測變得相對輕松。

觀測契倫科夫光的進一步目的是通過探測質子衰變，來發現銀河系内超新星爆發，研究超新星的爆發是有利于揭示宇宙形成的奧秘。

銀河系結構圖

不過當時的日本，并沒有觀測到質子的衰變。

當今的沒有任何一個國家能夠檢測到質子衰變，不過日本無心插柳，檢測到了太陽中微子的存在，因此将推進這一研究的進行。

我們現在提到的神岡探測器其實日本在上世紀已經建成，由此可見日本是十分重視科技，并且不斷尋求突破的。

諾貝爾獎

日本在這方面的研究，讓他們獲得了2個諾貝爾獎。

并且日本還打算建立一個更加大的探測器，名為頂級神岡探測器，這是神岡探測器的加強版。

這個頂級神岡探測器的容量是神岡探測器的五倍，達到了26萬噸！

日本走在科技前沿，那我們在這個領域方面有何建樹呢？

雖說我們國家上個世紀的科技還不是很發達，但是我們的科研工作者一直在默默奮鬥着，為了讓中國科技不斷發展，他們殚精竭慮，夙興夜寐的研究和實踐。

中微子作為近年來最重要的課題之一，我們也不甘落後，肯定會緊跟時代的步伐。

在這之後國家成功進行了大亞灣反應堆中微子實驗，因為此項成就使得我國的中微子研究就一舉跨入了國際領先地位，這個項目并被國外稱為“中國有史以來最重要的物理學成果”。

大亞灣探測器之一

在此之後我國在廣東省的江門市建立了江門中微子實驗站，這個實驗站預計在2023年投入使用，屆時它将是世界上能量精度最高、規模最大的液體閃爍體探測器。

江門中微子實驗站的進階版本是測量中微子的質量順序，我們的實驗站相較于日本的頂級神岡實驗、美國的沙丘實驗優勢在于核反應相對來說比較容易捕捉到，因為産生的中微子數量非常多。

江門中微子實驗全貌效果圖

期待江門實驗能夠推動我國中微子探測研究的一大步，創造出令世界震驚的成果。