□曹俊
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。尽管已经对水的性能研究了很长时间，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？
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。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1~2M欧，再过几天，细菌就开始生长。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18.2M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。衡量透明度一般采用衰减长度，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。
在前期实验中，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，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。当光穿过20米的水后，蓝色吸收最少，红光基本上全被吸收了，这样，我们看到的水就是蓝色的。
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。
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。
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，再作进一步处理。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。
（http://blog.sciencenet.cn/u/caojun）
《科学时报》 (2011-08-25 A3 博客@科学网)
附件下载：
