日本在地下存了五万吨水,究竟是为何?

宝贝狐


日本的确存了五万吨水,而且这是一个名为超级神冈的探测器。

日本此举不是为了战备,也不是为了预防自然灾害,而是为了检测中微子。

火山喷发,星球碰撞,核反应,等等,都能够产生中微子。

这是一种不带电的粒子,而这些粒子几乎不与任何物质反应,为了探查中微子,超级神冈便诞生了。

并且这项项目制造了许多诺贝尔奖,这个装着五万吨纯水的大水箱,(因为检测中微子不能有任何杂质,所以必须是纯水),是在为科学研究而奉献自己的一份力量。



足坛趣事


日本确实在地下放了一个大水箱,里面存储着5万吨的水。但这些水并不是当作居民用水或饮用水来备用的。这些水也不是普通的水,而是高纯度的水,用来探测中微子,通俗讲这些水就是搞科研用的。


那么日本到底是在研究什么,需要这么多纯净的水呢?要回答这个问题首先要明白以下几个概念。

什么是中微子?

所谓中微子是基本粒子的一种,具有非常强的穿透力,并且质量非常轻,只有电子质量的百万分之一。正是因为它非常小,而且不带电,并且可以以接近光速穿过任意物质,包括地球和人的身体也可以随意穿过,才导致了这种粒子极难捕捉。据估计,每秒大约有1000万亿个中微子穿过人的身体。科学家还把它称为宇宙中的“隐身人”。


科学家是如何探测到中微子的?

前面提到中微子和别的物质相互作用力非常小,而且还不能被宇宙射线干扰到,所以探测中微子的探测器往往都在地下。

而日本的这个探测装置主要是探测来自太阳的中微子,当中微子通过水槽的时候,因为水中氢原子核的数量非常多,也就增加了碰撞几率,碰撞发生之后,会产生光子,科学家通过光电倍增管探测器捕获到,转换成数据就可以分析了。



中微子作为基本粒子,我们对它的了解还少之又少,我们甚至无法确定中微子的质量和大小,以及缺少中微子振荡的两个数据,所以科学家对中微子的研究依然在继续。


星球上的科学


二战之后,虽然日本成为了战败国,可是科研的脚步从来没有停止过,如果不是那些战争狂人一时间说漏了嘴,我们都不知道日本早已掌握了研制原子弹的技术,只要材料足够,分分钟便可以造出数枚原子弹。



作为一个这么危险而且野心不死的国家,日本还在背着世人做一些什么其他的研究呢?

其实,为了搞一些秘密科研,日本的地下早已被挖空了,其中已经被曝光了用途,但更多的还是个秘密,在这么多秘密设施中,有一个特别奇怪,仅仅就是个大水库,里面储备了5万吨水。

难道真的像电影《日本沉没》里所说,日本政府真的是为了防止全岛沉没之后而做的事先准备吗?



不过,真相披露出来之后,所有人都大跌眼镜,这个水库是为了探测中微子用的。

建水库探测中微子?不是开玩笑吧。

还真别不信,因为这五万吨水不是一般的水,而是高纯度水,里面不含有任何杂质。在地球上,只有通过高纯度水,才能捕捉到中微子穿过地球时候留下的痕迹。

在20世纪初时,科学家在进行反射性研究时发现β波衰变过程中有一部分质量始终对不上,于是大科学家泡利提出了这是因为有一种和光子不同的粒子吸走了一部分能量并快速逃逸,他把这种新的粒子命名为“中微子”。



这种粒子几乎不与任何物质发生反应,后来科学家研究发现只有穿过高纯度液态水时,才会发生辐射现象,于是全世界各地都建立了各种水库捕捉中微子,不过由于体量太小,都没能成功捕捉。

这时东京大学的小柴昌俊教授看准了机会,在说服校方后,他带人在日本岐阜县的神冈郊外找到了一处深达1000米的废弃地下矿井,这种与世隔绝的地方非常适合进行探测。

当所有项目完工后,他们将5万吨经过提炼的纯净水倒了下去并在1996年开始了第一次观测,两年之后他们就获得了令人惊喜的成果,这位教授和他的团队观测到了中微子振荡。在2002年他们又证明了核反应堆产生的中微子也会发生震荡。



这个观测结果有多厉害呢,复杂的理论就不说了,但是可以告诉大家,继续研究下去,也许很快我们就能破解宇宙的起源。因为这个世界级的发现,这位教授也获得了诺贝尔奖。

如今的日本还在地下鼓捣着各类科学研究,而这些科研的运转是要消耗大量资金的,看来经济的缓慢发展对其科研几乎没有造成冲击,不过希望这些科研都是造福人类,不要用作军事用途,不然聪明反被聪明误,终将自酿苦果。


策神历史


日本的确在地下深达1000米的废弃矿坑中存了5万吨水,这些水还是高度纯净的水,是超级神冈中微子探测项目的组成部分,为探测神秘的中微子而建造。

中微子是基本粒子的一种,由于体积质量十分微小,与其它物质的作用就不很明显,因此有极强的穿透力,可以自由地穿越人体、建筑,甚至可以穿透整个地球,很少一部分会和其它物质粒子相互作用,观测中微子有助于研究恒星的演化和活动特点,也由于其和其它物质的作用不是很明显,很难被捕捉观测。还因为地面上有大量的宇宙辐射,探测中微子就要屏蔽宇宙射线流,只有深埋于底下的探测器才可以更好地捕捉。因此现代世界上建造的大型中微子探测器都位于地下,我国也已经在设计相应的设施,最终也是要建设在地下的。

题主说的日本在地下储存了5万吨水,就是日本超级神冈中微子探测项目的组成部分,该实验是日本东京大学在岐阜县飞驒市神冈町的茂住矿山一个深达1000米的废弃砷矿中建造的大型中微子探测器。其目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子,并观测银河系内超新星爆发。这5万吨水是高度纯净的水,当中微子通过这个水槽时,由于水中氢原子核的数目极其巨大,两者发生撞击的几率相当高。碰撞发生时产生的光子被周围的光电倍增管捕获、放大,并通过转换器变成数字信号送入计算机,供科学家们分析。

目前世界上的中微子探测器基本都是建造在地下,或者在南极钻探冰层将探测器置于冰层下,目前已经深入冰层下2.5公里,我国预计要建设包括一个2万吨的水箱的中微子探测器,这些设施虽然大,但是建造价格却比较低。


来看世界呀


日本在地球存储的5万吨水其实是为探测中微子服务的,这些毫无杂质的纯水属于超级神冈探测器的一部分


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。



物理学发展到今天已经离不开高技术设备的支持,除去中微子探测器外,物理学家们还拥有造价上百亿美元的大型强子对撞机,这些高科技设备一起让人类的物理学不断进步


宇宙探索未解之迷


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。


科学认识论


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!


星辰大海路上的种花家


日本在地下存的5万吨水并不是普通的水,而是用于探测中微子的高纯度水,因为只有几乎不含任何杂质的高纯度水才能忠实的反应出“鬼魅”般的中微子穿透痕迹。

日本东京大学在岐阜县飞驒市神冈町找到了一处深达1000米的废弃矿井,这种与世隔绝的地下环境非常适合进行中微子探测,因此东京大学就在这里建立了“超级神冈探测器”,上个世纪90年代顺便倒进去了5万吨纯水。



19世纪末到20世纪初物理学家们在进行反射性研究时发现β衰变过程中有一部分质量始终对不上,1930年泡利提出这种β衰变过程中能量的不守恒是因为有一种和光子不同的新粒子带走了一部分能量,而这种粒子被命名为“中微子”。

计算表明每秒中都有一千万亿个中微子穿透人体和其他所有物质,但它几乎不与任何物质发生反应,只有通过液态水时会发生契伦科夫辐射现象,因此日本想要探测接近光速运动的中微子只能用巨量高纯水。



从成果上来看超级神冈探测器无疑是非常成功的,1996年开始观测后1998年就得到了中微子震荡的第一个确切证据,2002年证明了反应堆产生的中微子也会发生震荡,项目负责人小柴昌俊因此获得了2002年的诺贝尔物理学奖。

现代物理学研究想要取得突破性进展,高昂费用的实验设备是必不可少的,和欧洲的大型强子对撞机和未来我国的大型对撞机比起来日本的超级神冈探测器并不怎么震撼。


宇宙观察记录


其实,日本在地下储存五万吨纯净水的目的,不是搞什么阴谋诡计,而主要是为了做一项研究,捕获中微子。其实美国等这国家也在做这样的类似研究。研究的目的就是为了能想实现中微子穿过的一瞬间。但是前提就是在“无杂质的纯净水中”,而且还是巨量的纯净水,日本为了实现这个研究,所以就花费了二十年的时间,储蓄了五万吨的纯净水。

到目前为止,日本科学家虽然还没有真正捕捉到中微子的穿过的瞬间,但是仪器的显示都感受到了中微子的振荡,也确认了中微子的真实存在,地下的五万吨纯净水以及二十年的等待以及研究,就是为了看到中微子真正穿过的那一刻。

捕获中微子实验具有重要的意义,因为中微子它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用,而且与宇宙的起源与演化有关,例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。我国在江门和大亚湾也进行了相应实验,表明人类在探索物质本质及其运动规律方面的脚步一往向前。



优美生态环境保卫者


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!


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