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日本在地下存了五万吨水,究竟是为何?

日本在地下存了五万吨水,究竟是为何?

由网友 科学认识论 提供的答案:

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。

由网友 量子实验室 提供的答案:

日本确实在地下建造了能储存50000顿纯水的大水箱,这个水箱相当于十几层高的建筑。这5万吨纯水的储备并不是为了备战备荒,而是为了探测中微子。

这个大水箱和周围配置的探测器,被称为超级神冈探测器,是日本东大建造在岐阜县深达千米的废弃矿井里的大型中微子探测系统。

中微子是基本粒子之一,不带电,由于它质量很轻,是电子的百万分之一,所以中微子速度很快,可以自由的穿透物体,从物理学家预言中微子的存在,到实际发现中微子,花了几十年的时间。

中微子穿透力及其强大,通过真个地球也不会减速,我们人体也时刻被来自宇宙的中微子所贯穿。

由于中微子只参与弱相互作用,很难观察,只能通过它与其他粒子之间的相互作用产生的切伦科夫辐射来探测。

日本东京大学设计了这个5万吨水的大水槽,基本设计理念是:探测器首先要足够大,里面的介质要足够的透明,重要的是要屏蔽掉其他宇宙射线的烦扰。

所以日本花费巨资在地下1000米深的矿井里,建造了这个能存50000吨水的大水箱,在周围配置了上万个光电探测器,观察切伦科夫辐射,对中微子来进行探测。

通过神冈探测器,日本多次斩获诺贝尔物理学奖,由此尝到了甜头,日本计划启动最新的顶级神冈探测器,其规模预计是现有超级神冈探测器的5倍以上,将花费近千亿日元进行建设,来探索物质和宇宙的起源。

由网友 宇宙探索未解之迷 提供的答案:

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

由网友 昆仑还东国 提供的答案:

这个问题先说答案,日本这五万吨水是为了做物理实验,探测并捕获中微子的,项目名称“超级神冈”,下面有说一下为何需要这五万吨纯净水。

中微子普遍存在,但难以捕捉

太阳、地球、核反应堆、超新星爆发、宇宙诞生的大爆炸等都产生大量的中微子。它们以接近光速飞行。据物理理论,每一秒钟,穿过一个人身体,有1000万亿个宇宙中微子。因为中微子几乎不与物质发生反应,发生反应的概率很小,因此需要建造庞大的探测器来“捕捉”它,”超级神冈“就是在这样的背景诞生的。

超级神岗诞生

超级神岗源于神冈实验,神冈实验采用了3千吨纯净水和1千个极其灵敏、能够探测到单个光子的光电倍增管。实验初衷是为了寻找质子衰变,但却有意外收获,发现大气中微子反常,物理理论用中微子振荡解释大气中微子反常。科学理论需要实证,因此日本政府批准了“超级神冈”项目,采用了5万吨纯净水,13000个光电倍增管,这就是5万吨水的由来。当然超级神冈也不负众望,测到了足够的大气中微子,最终证实了中微子振荡理论。

世界上有不同的中微子探测器

5万吨纯净水要求超级纯,非常难得,但加拿大在一个地下2100米的镍矿中建造了萨德伯里实验用昂贵的重水来替代,从核电公司借了1千吨、价值约100亿人民币的重水,这也是很豪的。

各个有实力的国家也纷纷加入中微子探测器行列,,美国采用1-4万吨液氩探测器的加速器实验,印度采用5万吨铁的INO实验,韩国1.8万吨液闪实验,美国在南极的PINGU实验,法国在地中海的ORCA实验等。

中国的中微子探测实验

中国有采用2万吨液闪探测器的江门中微子实验,建于广东江门开平市金鸡镇、赤水镇一带的打石山,打石山正好位于距阳江和台山反应堆等距的53公里处,符合位于距反应堆约60公里的要求,因为这个位置来自反应堆的中微子在此处振荡效应最明显。

当然作为中微子探测器的旗舰,“超级神冈”也是要升级的,采用了100万吨纯净水,变身为“超超级神冈实验”,是不是发现5万吨水也是小巫见大巫了!

结语

针对题目本身语境,我多说一点题外话,日本在科学技术的许多方面是有领先独到之处,作为邻居的我们要客观看待,不要过分的吹嘘和自卑,随着国家经济实力提升,我们要相信在科学技术领域,中国也会有越来多旗舰项目诞生的。


科学视野,不同解读,感谢大家阅读!

由网友 种植恒星 提供的答案:

事实上在我们这个宇宙当中,有许许多多看不见的粒子,而在这些看不见的粒子当中,有一种粒子就叫中微子,中微子是轻子的一种,也是最基本的粒子之一。

就一些科学数据来看,每秒大概有上千万亿数量的中微子穿过人体,但人类却一无所知,所以寻找中微子就成了人类研究的方向之一。

但中微子的质量很小,且与其他物质的相互作用很弱,如果要捕捉到中微子的踪迹,就需要要有一个非常强大的仪器,而且这个仪器必须要在地下。

因为只有这样才能有效的隔绝外界环境的干扰,于是在种种前提之下,日本的超级神冈探测器就孕育而生。

超级神冈探测器内储存了数万吨的水,这些水为什么能捕捉到中微子呢?答案实际上很好解释,我刚才上面已经说了,中微子与物质的相互作用很弱。

但很弱就代表有非常少的一些中微子,在穿过物质的时候会留下一些痕迹,所以这数万吨的水,就是寻找那一丝丝的痕迹。

比如说中微子在和原子核接触的时候会产生轻粒子,而轻粒子最终就会产生一些可见和不可见的光。

那么为了顺利的捕捉到中微子的踪迹,超级神冈探测器有一万多个光电倍增管,光电倍增管的作用就是放大光的信号,让人们更有效的发现中微子的痕迹....

由网友 时间史 提供的答案:

日本之所以会在地下存五万吨水,是为了测量中微子的运动而存在的,在日本的一个废弃砷矿中,日本东京大学在那里建造了“超级神纲”探测器。

超级神纲探测器是专门用来探测中微子的一个探测器,在这个实验矿洞里装有多达五万吨的纯水,工作人员光需要装填就装填了两周时间。

那么很多小伙伴可能就会有疑问,一万吨纯水怎么就会测量到中微子呢?用其他简答一点的方法难道不行吗?

这是因为中微子是不带电的粒子,所以也使得观测它较为困难,大多数情况下,它可以无视物质的存在直接传过去。

它可以轻而易举的传过地球,每秒中会有几十亿的中微子穿过我们每个人的身体。中微子的最小的质量仅有电子的百万分之一。

但是我们可以利用光的折射率来观测中微子,我们都知道光在水中会折射,因此光在水中的速度会降低到75%光在真空中传播的速度。而中微子的速度是无限接近于光速的,中微子在纯水中行进时会对纯水中的光产生影响。

日本科学家尾田利用这一点观测到了中微子的震动性,并证实了中微子是拥有质量。

喜欢不要忘记关注订阅我们!——时间史。

由网友 赛先生科普 提供的答案:

题目中说的应该是日本的超级神冈探测器(内部装有五万吨水),这个科学装置因探测中微子以及证实了著名的中微子振荡而出名。

可能有些朋友感到疑惑,为什么探测中微子的装置需要用到五万吨超纯水呢?

中微子探测,听上去是多么的高大上,而且中微子几乎不与物质发生反应(仅参与弱相互作用和引力相互作用),光用水就能生效了?

还真是这样,原理就是利用中微子与水的相互作用,产生的次级粒子(电子)运动速度超过了水中的光速,由此产生切伦科夫辐射(散发出蓝色光芒被内部的光电倍增管探测)。当然了,探测中微子的办法并不是只有这一种,这里就不多举例了。

所以说,这五万吨水完全是科学研究所用,并没有什么其它含义。

期待您的点评和关注哦!

由网友 星辰大海路上的种花家 提供的答案:

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!

由网友 科学黑洞 提供的答案:

好多人看到这个问题的感觉一定是:日本是不是又有什么阴谋?其实并不是,这就是一个探测中微子的大型实验设备。

因为中微子是轻子的一种,它几乎不与任何物质发生反应,地球上每天都有大量的中微子“穿过”,它们主要来自太阳、超新星爆发等。

日本东京大学在一个废弃的矿山深处储存了五万吨的纯水,建造了这个深达1000米的超级神冈中微子探测器,最初的目的是探测质子衰变同时也用来寻找中微子。

这个探测器的主要部分就是是一个高40米、直径40米的不锈钢圆柱形的容器,在这个容器里装有5万吨100%的超纯水。这个纯水可以用来干什么?难道是防火?

前边已经说了中微子几乎不与任何物质发生反应,几乎只参与弱相互作用。我们的身体每天都有大量的中微子穿过,人类探测它们很困难,但也并不是没有办法。中微子入射到探测器后会产生电子和μ子,而中微子探测器中的光电管便可侦测出它们的切连科夫辐射,而超纯水就是接受中微子的介质。

切连科夫辐射

这个辐射最早由苏联的物理学家切连科夫在1934年发现,当高速带电粒子在介质中穿行时,如果速度大于该介质中的光速,那么就会产生一种方向性很强的光辐射,很容易被辨别出来。

好多国家都有类似的中微子探测器,日本的这个中微子探测器的发现已经让多位科学家获得了诺贝尔物理学奖。


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由网友 地理那些事 提供的答案:

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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