（转自科学网曹俊博客：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=296183&do=blog&id=476494）

　  经过四年的准备和四年的建造，大亚湾反应堆中微子实验终于开始取数了。

　　为了屏蔽来自岩石的天然放射性和去除宇宙线带来的本底，中微子探测器浸泡在一个巨大的水池中。当宇宙线穿过水的时候，会发出切伦科夫光。通过探测切伦科夫光，就可以探测到宇宙线的经过，将它引起的假中微子信号去掉。为了提高宇宙线的探测效率，我们采用了超纯水。尽管对水的性能已经研究了很长时间，当2000吨的纯水慢慢灌注到水池中的时候，我们仍然感到震惊：怎么是深蓝色的？

图1：灌满水的水池

　　最纯净的水是什么？18兆欧的去离子水。如果把水中的杂质全部去掉，水的电阻率会提高，最高可以达到18.2兆欧姆x厘米。溶入杂质后，例如泡在水中的塑料、钢等材料，都会缓慢地溶进水中，电阻率会下降，透明度也会降低。即使没有泡任何材料，接触空气后，空气溶入水中，电阻率会很快下降到1-2兆欧，再过几天，细菌就开始生长。分析光的紫外可见光谱（UV-vis），可以看到由细菌带来的光吸收峰。从自来水出发，经过几步过滤、反渗透、树脂混床，不难得到非常接近18.2兆欧的超纯水。但是为了保持纯度，需要不停地循环，去掉溶入水中的材料微粒，气体，杀菌等。为了尽量使微弱的切伦科夫光被探测到，水必须保持极高的透明度。衡量透明度一般用衰减长度，衰减长度越长，光透过得越多。最纯的水衰减长度在425nm处可以达到100多米，即穿过100多米后，425nm的光还剩exp(-1)，约三分之一的光强。普通的自来水衰减长度常常只有2-3米。

　　在前期试验中，我们用过很多纯净水，但是没有注意到它会呈现出蓝色。也许是规模不够大，也许是观察的背景和环境不同。在地下的实验大厅，装纯净水的池子用一种很干净的涂料喷涂了几遍。它对水的污染小于不锈钢或PP、CPVC等塑料。然后贴上了Tyvek反射膜，也就是上图中的白色部分，提高光的反射和收集效率。这种漫反射膜对整个可见光波段的反射率可以达到98%，因此显得非常耀眼。

　　我们看到的水的颜色，当然不是它自己发出来的。在大厅中，照明灯是气体放电灯，它的发光接近于白色。光穿过10米深的水，通过Tyvek的漫反射，再经过10多米的水，才能到达我们的眼睛。Tyvek基本上不吸收光。纯水的吸收曲线如图2。当光穿过20米的水后，蓝光吸收最少，红光基本上全被吸收了，见图3。这样，我们看到的水就是蓝色的。

图2：水的吸收曲线，425nm处吸收最小。

　　图3：照明灯发出的光接近于白光（光谱见直方图），经过20米水的吸收后（见衰减曲线，标记100%的水平红线为无衰减的情况），基本只剩下蓝光。可见光波段为380nm（蓝）到780nm（红）。

　　其实不需要20米的水，水池刚开始灌水时，就呈现出淡蓝色。

　　图4：刚开始灌水的水池，水已经呈淡蓝色。池壁上装有探测切伦科夫光的光电倍增管（PMT）。

　　蓝色是大自然钟爱的颜色。

　　天空是蓝色的，是因为瑞利散射的强度与波长的四次方成反比。阳光中的短波长蓝光被空气散射后，使天空呈现蓝色。这个机制正好与上面的纯水相反。一个是蓝光更多地被散射，一个是直射光中红光被吸收，蓝光保留了下来。纯水也有瑞利散射，并在更短的波长扮演主要角色，但是425nm蓝光的衰减长度仍是最长的，说明吸收和散射都很小。

　　大亚湾实验混制的液体闪烁体，也呈现出漂亮的淡蓝色。不过既不是因为散射，也不是因为吸收，而是灯光中的紫外线激发液体闪烁体，液体闪烁体自己发出了微弱的蓝光。发光光谱的峰值正好在430nm左右。

　　图5：液体闪烁体发光微弱的蓝光。

　　还有一种水也是非常漂亮的蓝色，就是核电站核岛内存放核废料的乏燃料水池。换料时，乏燃料棒用机械手从反应堆内取出，移到装满水的乏燃料池中存放比较长的一段时间，再做进一步处理。不过不要被这种蓝色的美丽所诱惑，它是一种切伦科夫光，是核废料中高强度的放射性在水中发出的光。如果没有水的吸收屏蔽，这些放射性可是致命的。