日本在闷声干大事!1982年起,他们就在一座1000米深处的矿山内挖掘巨型储水容器,埋藏的纯水高达5万吨。
经过多年发展,日本挖掘此类的山洞已不在少数,他们拼命挖山屯纯净水,究竟想干什么?
日本早有预谋?
岐阜县是日本的一个小内陆城市。此处距离首都东京约为300公里,森林覆盖率极高,被郁郁葱葱的茂密森林覆盖之处高达80%,被誉为“森林国”。
在这座小县城之中,有一座矿山,或许是因为其中的砷矿已被挖掘殆尽,成了废弃之地。1982年,一群日本人跑到这里来,开始悄悄地挖山。
他们打算挖掘到山下1000米深处,在地下建立了一个高41.4米,宽39.3米的圆柱形大洞。
想要在挖如此巨型的洞并不容易,先使用爆破技术将挖掘隧道,一点点进入到地下。为了防止坍塌跟渗水,他们在挖这个洞穴的时候,还需要在周边喷洒混凝土,保证洞穴内壁有支撑力。
挖掘到山体中央时候,搭建出一个巨型原顶,采用钢筋混凝土结构顶住压力。完成这一步之后,就开始大肆地下挖掘,在山中间挖出一个空心圆筒。
耗费一年时间,日本人费了大劲挖到了地下1000米,就是为了打造出一个巨型水缸,在里面灌注5万吨纯水!
在这个巨型的大坑之中,安装了11200个“大灯泡”,置身其中感觉“金碧辉煌”,仿佛进入了一个新世界。
或许,了解到这巨型“容器”是为了储存纯净水,很多人会联想到他们排放核污水。随着核污水排放越来越多,到时候,干净的水资源恐怕会成为人类争夺的稀有资源。
早在八几年就开始囤积纯净水,不会是早有预谋吧!
为中微子建的巨型“水缸”
其实,日本建造纯净水容器,并不是为了后续供人使用,而是在进行一项绝密实验。如果只是囤饮用水,他们根本不必大费周章地在里面安装像灯泡一样的装置。
而“水缸”之中的水也不简单,注入的水十分纯净,里面连一丝杂质跟溶解离子都没有,纯粹的只剩下水,都无法导电。当然,在自然界中根本没有这样纯的水,这些水是日本通过科技手段分离出来的。
通过这一系列的装配,让此处变成了一个超大的探测器,只为了探测一种叫中微子的粒子。
可能大家知道中子、质子、离子,中微子这个名字却十分陌生,甚至连听都没有听过。在茫茫宇宙之中有很多神秘的粒子,由粒子构成了奇妙的世界,中微子便是其中的一种。
我们在伸出手亦或者眨眼的瞬间,就会有上百亿个粒子穿过我们的手或眼睛,与我们密切接触,却无法感受到其存在。
粒子非常神秘,不知道它们从何而来,也不知道它会去往何处,人类无法感知到它的存在,有些粒子甚至连精密的科学仪器也无法将其捕捉。
虽然物理学家很早就预测到了中微子的存在,但实实在在花费了26年时间才找到其迹象。
1956年,佛雷德克里·莱恩斯和克莱德·考恩,在核反应堆之中找到了中微子存在的证据,使用10吨的探测器,耗费5个月才捕捉到中微子。
经过多年研究,科学家才确定三种中微子类型,分别是电子、μ子、τ子,理论上还存在一种无菌中微子,不过并未得到证实,这些中微子依靠重力跟弱力的相互作用。
然而,中微子是个喜欢隐身的家伙,它体积小还经常会消失,使用普通的探测器根本无法捕捉到其痕迹。
科学家们为了捕捉到这神秘的中微子,开始在探测器上花心思,全球科学家们设计出了各种探测装置,日本在地下挖出的巨坑,便是一个探测器。
藏在地下的探测器
由于中微子的速度接近光速,对于它来说万物都是透明的,皆能穿透。再加上很少与其它物体或粒子发生作用,才导致“消失”的现象。
想要探测到它们,只有等中微子与原子核发生碰撞,导致运动速度超过光速,释放出轻粒子产生契伦科夫辐射时,会发出蓝光。
然而,在大自然界中每天有太多粒子,这些数不甚数的粒子干扰之下几乎不可见中微子痕迹,很难捕捉更别说从千万粒子之中区分。
为了探测到它,只能挖掘到地下1000米处,这个深度之下,基本上能隔绝宇宙射线,也没有人类活动干扰。纯水没有杂质,也不会对契伦科夫辐射产生影响。
在无干扰的容器之中,想要把契伦科夫辐射的痕迹扩大,就需要光电倍增管。日本人在墙壁上安装了上万个金球,里面都是光电倍增管。
他们使用的光电倍增管直径50厘米,是世界上最大的,可以让单光电子峰更清晰,探测单光电子时间分辨率提高,能够将光放大至1亿倍,能够让肉眼捕捉到其存在。
一个粒子撞上另一个粒子,产生的痕迹将会在地下探测器中放大无数倍,以用于科学家观测数据。
南极的“冰立方”就是第一个探测器,它像是在地下架设了一个指向太空的“望远镜”。每当中微子跟深冰探测器原子发生反应,可能会有带电粒子形成,而带电粒子穿过冰层时会发光,这样就很容易被我们肉眼观察到。
美国在地表下1600米建设了实验装置,来检测中微子的痕迹。日本神冈挖掘的1000米深“水缸”也是为了探测中微子,建造的巨型探测器。
当然,日本的巨坑并没有白建,1998年时他们就依靠着探测器发现了“震荡”的证据,拿下了诺贝尔奖。
英国杂质透露,日本将再建设直径68米,深71米,能储存26万吨纯水,并安装4万个光电倍增管的顶级神冈,2026年开始收集数据。
中国的中微子探测器
几十年来,美、英、法、意大利、加拿大、日本等国家都展开了中微子研究,我国也加入了其中,相对其他国家而言,我国的起步较晚。
我国将探测器建设在锦屏山,这里垂直岩石覆盖大,地理位置绝佳。从侧面开挖,一个深2400米,长40米,宽高6米的首个探测容器在2010年12月建设成功。
建设好之后,从地面开车20分钟,就可以抵达2400米深的地下。探测器在内部平稳运行,大家只需在地面办公,每天都有系统将数据传送出来。
对比起日本的探测器,体积虽然小了点,但埋藏深度是一倍之多,是世界上埋藏最深的。埋得越深,被其它射线的干扰就越小。
2014年锦屏开展了二期工程,启动了4组8个实验室;2018年,我国将国际首创高纯锗探测应用其中,探测灵敏度达到了国际较高水平;2019年,我国将此项目作为重大科技基础设置重点项目。
这个探测器从最初的4000立方米,扩大到现在的12万立方米!
虽然目前我国在中微子方面还没有获得重大突出成就,但相信在不久的将来,或许能够获得新突破。
探测中微子的路历经了几十年,各国科学家们依旧锲而不舍,甚至花费大价钱在地下千米深处建造探测器,中微子到底有什么用呢?
宇宙秘密近在咫尺
中微子在宇宙之中无处不在,大部分都是宇宙大爆炸时所生产的。然而,人类对它知之甚微,还有很多谜团没能被揭开。
科学家们预测,或许从中微子身上能够发现宇宙的起源,甚至从中解开宇宙演化的规律,具有重要研究意义。
由于中微子速度和光速差不多,而且它能够穿过任何物质,不受干扰影响。若是能够将其应用在信息传输上,或许能够在数据传输上,有新的突破。
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