20多年来，日本在地下1000米深处存储了5万吨超纯水，有何用处？

1982年，日本在距离地面1000米的地方开始建造一个圆柱形的容器，建成后在容器里装下了3000吨水。90年代以后，日本又建造了一个更大的容器，直径为39.3米，高度更是有41.4米，其中存储了50000吨的超纯水。

我们都知道，水资源是生命生存和发展的源泉，没了水，生命也将不复存在，而人类目前为止只能直接使用淡水资源，可这一部分在地球全部的水资源中占比可谓是寥寥。那么，日本20多年来存储的50000吨超纯水是为了防止未来淡水资源缺乏，以备不时之需的战略资源吗？

根据水的密度1kg/m^3来计算，1立方米的水含量大概是1吨，在1997年日本全国取水量是891亿立方米左右，换算下来则是大概891亿吨。50000吨的超纯水看似很多，但是对比891亿吨来说根本不算什么，还不够1997年的日本用上一个月的。

日本储存水的目的是什么？

在我们的以往认知里，日本一直是一个破坏环境的“好手”，比如在2011年3月11日，日本福岛的核电站因自然灾害的原因发生泄漏。

根据日本科学家们的观察，2011年所泄漏的放射性物质一直徘徊在海面上，随着洋流等不断漂流，更是在2021年抵达了美国西海岸，大概在7到8年以后就会回到日本。

除此之外，2021年4月13日，日本决定要将福岛核电站的有着致命放射性的核废水倾倒大海，这无疑是不顾全世界人民，同样不在意自然的举动。

日本核废水卫星图

因此，日本地下的50000吨水不可能是日本政府忽然想要爱护环境才修建的，那么它的目的究竟是什么呢？

实际上，上面的这两个容器都有名称，1982年开始修建的容器叫做神冈核子衰变实验探测器，目的是想要研究出“质子衰变”，然而直到目前为止，这依然只是一个没有被证实的假设，其预言质子会在漫长的岁月以后衰变成为质量更轻的中性π介子和正电子。

后来日本又花了1亿美元，建造出了超级神冈探测器，这里的50000吨超纯水却不是为了再观察“质子衰变”现象，而是为了观测一种宇宙中的“隐身人”——中微子。

为什么要用“超纯水”？

为什么日本要用超纯水来观测中微子呢，普通的水不行吗？水其实是一种非常普遍的溶剂，由于水分子的电荷分布不均匀，表现为极性，因此具有较好的溶解性，比如空气中的氢气、氧气、二氧化碳、惰性气体等等都会溶解在水里，也具有较为明显的导电性。

我们经常使用的自来水，除了水以外，也有一些钙离子、钾离子等等元素，还有使用了消毒剂以后残留的氯离子，以及一些矿物质、细菌等等。而超纯水则是指除了水分子，就基本上不存在其他杂质的水，更没有什么矿物质、融入的气体，以及其他细菌等有机物。

超纯水也分为一级到三级的超纯水标准，一级超纯水几乎没有各种杂质，而二级超纯水要比一级稍微“差”一些，通常会有很少的无机、有机或胶态杂质，当然，日本的超级神冈探测器自然也是使用的一级超纯水了。

由于除了氢和氧两个组成了水分子的原子以外，其他的物质几乎全被取除，也就没有了导电的介质，因此导电性非常弱，电阻率甚至超过了18 MΩ*cm，甚至在25摄氏度的时候还逼近实验室所能到达的极限数值18.3 MΩ*cm。

同时，水分子的结构较为简单，只由两个氢原子和一个氧原子构成，建造在1000米的地下也能很好地阻拦其他物质的影响，在没有其他因素的影响下，中微子就会有一定的可能与水原子的原子核发生碰撞。

除了超纯水外，超级神冈探测器还有密密麻麻的如同金色钢珠一样的光电倍增管，它可以将极其微弱的光信号捕捉到，甚至能测量只有200到1200纳米波长的光，并将这些光转化成为电信号，将信息告知人类。

也因此，只要中微子与水原子的原子核发生了碰撞，产生出了一丝极其微弱的光，都将被光电倍增管敏锐准确地发现。由于对超纯水的要求比较高，需要进行不断地进行各种工序，难度和成本也是较大的。超纯水的制作过程也需要好几个步骤，在进行了预处理后，还需要通过紫外线杀菌、一级和二级RO反渗透技术、去离子化等等复杂的流程，才能最终得到1级的超纯水，并且全程没有活性炭的参与，做到几乎0离子的残留。

中微子

中微子一直被称为是宇宙中的“隐形人”，早在 1931年科学家泡利就根据能量守恒定律，预言在β衰变过程中偷走了一部分能量的，导致能量亏损的“罪犯”是中微子。

但一直到1956年，美国的两位科学家才从实验中直接检测到了中微子的存在，他们也因此荣获1995年的诺贝尔奖项。中微子的提出与发现之间的过程长达20多年，足以看出中微子是有多难以观测到了。科学家认为，组成了我们所在的物质世界的最基本的共有12种粒子，其中就有3种中微子，分别是经常伴随着电子的电子中微子，以及μ中微子和τ中微子。

中微子之所以很难观测到，其实是因为它完全不会带电荷，也就不会与电磁的互相作用，因电磁力的吸引组成原子，更不会受到宇宙中最强的强相互作用。但中微子会参与四大自然界基本相互作用其他两种，也就是会受到自然界最弱的引力作用，以及弱核力的影响。

也因此，中微子很难与其他物质发生反应，大概100亿个中微子，才会出现那么1个会与物质产生反应的中微子。同时中微子具有目前为止已知的最强的穿透能力，可以轻松从物质中间穿过，人类、山脉甚至是地球都无法阻拦中微子的步伐。

而中微子在我们的周围其实非常普遍，大部分的粒子活动，以及核运动都会产生出中微子，比如地球上的核电站，它在进行核裂变发电的时候就会有中微子出现，还有太阳的核聚变活动、超新星爆发等等。

全球核电数量

根据科学家们的研究，太阳内部的核聚变大概每秒会产生出大量的中微子，大概有10的38次方个，这些庞大的中微子就会不断地飞向四面八方，其中一部分会来到地球上。

也就是说，我们每一个人每秒钟都会遭受1000万亿个被太阳发射出来的中微子，并且因为中微子本身的穿透性，不论是白天夜晚，我们都难以避免这个现象。

神冈实验的观测

事实上，早在上个世纪，神冈实验的投入资金并不算太高，同时当时还有美国的团队与日本竞争，美方的资金可比日本的多得多，预计建设的实验场地和规模也远远超出神冈实验。

只是由于日本多年的光学工业，神冈实验的团队拥有当时世界上最先进的日本光电倍增管，这一点就足以打败美国的竞争者了。

科学家们一开始是打算观测质子衰变实验，但一直没有成果出来，最后决定用于观测太阳的中微子，并在1985年完成了对神冈探测器的系统全面升级，成为了神冈探测器-II。

也是凑巧，就在神冈探测器完成升级后的两年以后，也就是1987年2月23日，在距离地球最近的大麦哲伦云里有一颗正在爆发的超新星1987A，同样也是从1604年到如今人类发现的距离地球最近，也是最明亮的超新星。

神冈探测器无疑是立刻发挥了用场，再加上超新星1987A的位置在南半球一侧，这就相当于是一个天然的阻隔多余的宇宙射线等等杂质的屏蔽层，更有助于对中微子的直接观测。

因此，神舟探测器成功地记录下了11个中微子，远比当时其他的中微子探测器所记录的8个和5个多出不少。根据这一场测量，科学家们也提出了超新星爆发后，中微子将会比光子更快地来到地球，形成了早期的预警系统的观念。

除此之外，再次升级为50000吨超纯水容量的超级神冈探测器也在1998年里，发现了反应堆里的μ子中微子转变成τ子中微子的现象，从而确定了中微子的振荡现象，即中微子伴随着的轻子味会发生转化。

这个发现也表明了中微子是存在着微小质量的，打破了人们以往对于中微子没有质量、光速运动的观念。如今，中微子依然还存在着许多未解之谜，由于它难以与其他物质发生反应，中微子也是人类观测得到的数据最少，也了解得最少的基本粒子。

中微子的质量到底是多少，有多大，它与其反粒子是同一个粒子吗，它有没有磁矩等等，这些问题一直都未能被解答，中微子也成为了许多物理领域的热点学科，也吸引了越来越多的人前往研究。