Trung Quốc chuẩn bị phá chính kỷ lục của mình trong lĩnh vực nghiên cứu siêu trọng lực với một máy ly tâm khổng lồ mới, có khả năng quay các mẫu nặng hàng chục tấn ở cường độ chưa từng có.
Cỗ máy mang tên CHIEF1900, do Tập đoàn Điện hạt nhân Thượng Hải chế tạo, đã được vận chuyển tới Đại học Chiết Giang ở miền Đông Trung Quốc vào ngày 22/12 để lắp đặt. Khi đi vào hoạt động, thiết bị này sẽ cho phép các nhà khoa học “nén” không gian và thời gian, tái hiện trong phòng thí nghiệm những thảm họa quy mô lớn như vỡ đập hay động đất, theo thông tin từ phía nhà trường.
Với công suất 1.900 g·tấn – đơn vị kết hợp giữa gia tốc trọng lực (g) và khối lượng mẫu tính bằng tấn – CHIEF1900 sẽ trở thành máy ly tâm phục vụ nghiên cứu khoa học mạnh nhất từng được chế tạo. Thiết bị này vượt qua người tiền nhiệm CHIEF1300, đi vào hoạt động từ tháng 9 với công suất 1.300 g·tấn và hiện đang giữ kỷ lục thế giới.
Cả hai máy đều thuộc Tổ hợp Thí nghiệm Siêu trọng lực Ly tâm và Liên ngành (CHIEF), một phòng thí nghiệm cấp quốc gia được xây dựng ở độ sâu 15 mét dưới khuôn viên đại học nhằm giảm rung chấn và đảm bảo vận hành ổn định.
CHIEF1300 trước đó đã “soán ngôi” kỷ lục tồn tại lâu năm của máy ly tâm do Công binh Lục quân Mỹ vận hành tại Vicksburg, bang Mississippi, vốn có công suất khoảng 1.200 g·tấn. Để so sánh, một máy giặt gia dụng thông thường hiếm khi vượt quá 2 g·tấn trong chu trình vắt.
Được phê duyệt từ năm 2021 với ngân sách 2 tỷ nhân dân tệ (khoảng 285 triệu USD), tổ hợp CHIEF là một phần trong nỗ lực rộng lớn hơn của Trung Quốc nhằm mở rộng hạ tầng nghiên cứu công nghệ cao và thúc đẩy hợp tác khoa học quốc tế. Cơ sở này mở cửa cho người dùng đến từ các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp, cả trong và ngoài nước.
Mọi vật thể trên Trái Đất đều chịu tác động của trọng lực và lực ly tâm sinh ra khi quay. Bằng cách tạo ra lực mạnh gấp hàng trăm hoặc hàng nghìn lần trọng lực Trái Đất, các máy như CHIEF có thể “nén” thời gian và khoảng cách, cho phép nghiên cứu những hiện tượng vốn cần hàng chục năm hoặc trải dài hàng kilomet – tất cả gói gọn trong phòng thí nghiệm.
Chẳng hạn, để đánh giá độ ổn định kết cấu của một con đập cao 300 mét, các nhà khoa học có thể chế tạo mô hình cao 3 mét và quay ở mức 100g. Điều này tái tạo chính xác mức ứng suất mà con đập thật phải chịu trong điều kiện thực tế.
Các thí nghiệm siêu trọng lực cũng mang lại hiểu biết sâu sắc về việc đường ray tàu cao tốc có thể cộng hưởng với nền đất ra sao, hay cách các chất ô nhiễm di chuyển trong đất suốt hàng thiên niên kỷ – những kịch bản gần như không thể nghiên cứu trực tiếp theo thời gian thực.
Theo Đại học Chiết Giang, việc chế tạo các máy ly tâm ở quy mô này đã đẩy các kỹ sư vào “vùng chưa từng có tiền lệ”. Tốc độ quay cực lớn, cánh tay cơ khí dài hơn và điều kiện vận hành phức tạp khiến nhiều bộ phận phải được phát triển hoàn toàn từ đầu.
Để vượt qua thách thức, trường đã tập hợp một đội ngũ liên ngành gồm các chuyên gia về kỹ thuật xây dựng, tự động hóa, nhiệt động lực học và khoa học môi trường nhằm thiết kế và xây dựng hệ thống CHIEF.
Nhiệt lượng là một trong những trở ngại lớn nhất. Ở tốc độ quay cao, máy ly tâm sinh ra lượng nhiệt khổng lồ có thể đe dọa độ ổn định của hệ thống. Các kỹ sư đã phát triển một hệ thống kiểm soát nhiệt độ dựa trên môi trường chân không, sử dụng mặt bích có đường kính lớn nhất thế giới, kết hợp bơm chân không, dung dịch làm mát kiểu “băng hà” và thông gió cưỡng bức để tản nhiệt an toàn.
“Chúng tôi hướng tới việc tạo ra các môi trường thí nghiệm trải dài từ mili giây đến hàng chục nghìn năm, và từ quy mô nguyên tử đến [kilomet], trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường hoặc cực đoan”, ông Chen Yunmin, nhà khoa học trưởng của CHIEF và là giáo sư Đại học Chiết Giang, cho biết.
Trong một thí nghiệm duy nhất, CHIEF có thể mô phỏng biến dạng mặt đất quy mô kilomet, tái hiện quá trình vận chuyển chất ô nhiễm dài hạn, hoặc tạo ra hàng nghìn mẫu vật liệu mới.
“Nó cho chúng tôi cơ hội khám phá những hiện tượng hoặc học thuyết hoàn toàn mới”, ông Chen nói.
Theo SCMP
