Η Κίνα είναι έτοιμη να σπάσει το δικό της ρεκόρ στην υπερβαρυτική έρευνα με έναν κολοσσιαίο νέο φυγοκεντρητή, ικανό να περιστρέφει δείγματα πολλών τόνων σε πρωτοφανείς εντάσεις. Η μηχανή, γνωστή ως CHIEF1900, κατασκευάστηκε από την Shanghai Electric Nuclear Power Group και παραδόθηκε στο Πανεπιστήμιο Zhejiang της ανατολικής Κίνας στις 22 Δεκεμβρίου για εγκατάσταση. Μόλις τεθεί σε λειτουργία, θα επιτρέπει στους ερευνητές να συμπιέζουν τον χώρο και τον χρόνο, αναδημιουργώντας καταστροφικά γεγονότα, όπως η κατάρρευση φραγμάτων και οι σεισμοί, μέσα σε ένα εργαστήριο, σύμφωνα με το πανεπιστήμιο.
Με χωρητικότητα 1.900 g·tonne – μια μονάδα που συνδυάζει την επιτάχυνση της βαρύτητας (g) και τη μάζα του δείγματος σε τόνους – η CHIEF1900 θα γίνει ο ισχυρότερος φυγοκεντρητής που έχει κατασκευαστεί ποτέ για επιστημονική έρευνα. Θα ξεπεράσει την CHIEF1300, η οποία τέθηκε σε λειτουργία τον Σεπτέμβριο, με χωρητικότητα 1.300 g·tonne, κατέχοντας ήδη το παγκόσμιο ρεκόρ.
Και οι δύο μηχανές αποτελούν μέρος της Εγκατάστασης Πειραμάτων Υπερβαρύτητας και Διεπιστημονικών Πειραμάτων (CHIEF), ενός εθνικού εργαστηρίου που βρίσκεται 15 μέτρα κάτω από την πανεπιστημιακή πανεπιστημιούπολη, με στόχο την ελαχιστοποίηση των δονήσεων και τη διασφάλιση σταθερής λειτουργίας. Η CHIEF1300 είχε εκθρονίσει τον επί μακρόν κάτοχο του ρεκόρ, που λειτουργούσε από το Σώμα Μηχανικών Στρατού των ΗΠΑ στο Vicksburg του Mississippi, το οποίο έχει χωρητικότητα περίπου 1.200 g·tonne. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με ένα οικιακό πλυντήριο ρούχων, το οποίο σπάνια ξεπερνά τα 2 g·tonne κατά τη διάρκεια ενός κύκλου στυψίματος.
Εγκριθμένο το 2021 με προϋπολογισμό 2 δισεκατομμυρίων γουάν (285 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ), το συγκρότημα CHIEF αποτελεί μέρος της ευρύτερης προσπάθειας της Κίνας να επεκτείνει την υποδομή αιχμής στην έρευνα και να προωθήσει τη διεθνή συνεργασία. Η εγκατάσταση είναι ανοιχτή σε χρήστες από πανεπιστήμια, ερευνητικά ινστιτούτα και βιομηχανίες – τόσο εγχώριες όσο και υπερπόντιες.
Όλα τα αντικείμενα στη Γη υπόκεινται στη βαρύτητα και στην φυγόκεντρο δύναμη που προκαλείται κατά την περιστροφή. Δημιουργώντας δυνάμεις εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές ισχυρότερες από τη βαρύτητα της Γης, μηχανές όπως η CHIEF μπορούν να συμπιέσουν τον χρόνο και την απόσταση, καθιστώντας δυνατή τη μελέτη φαινομένων που διαφορετικά θα απαιτούσαν δεκαετίες ή θα εκτείνονταν σε χιλιόμετρα, όλα μέσα σε ένα εργαστήριο. Για παράδειγμα, για να εκτιμηθεί η δομική σταθερότητα ενός φράγματος ύψους 300 μέτρων, οι επιστήμονες μπορούν να κατασκευάσουν ένα μοντέλο τριών μέτρων και να το περιστρέψουν με 100g. Αυτό αναπαράγει τα ίδια επίπεδα τάσης που θα βίωνε το φράγμα πλήρους κλίμακας στον πραγματικό κόσμο.
Τα πειράματα υπερβαρύτητας προσφέρουν επίσης πληροφορίες για το πώς οι γραμμές τρένων υψηλής ταχύτητας μπορεί να συντονίζονται με το έδαφος ή πώς οι ρύποι μεταναστεύουν μέσω του εδάφους μέσα σε χιλιετίες – σενάρια που είναι σχεδόν αδύνατο να μελετηθούν σε πραγματικό χρόνο. Η κατασκευή φυγοκεντρητών σε αυτή την κλίμακα οδήγησε τους μηχανικούς σε αχαρτογράφητα εδάφη, δήλωσε το πανεπιστήμιο τον Σεπτέμβριο. Με ακραίες ταχύτητες, μακρύτερους μηχανικούς βραχίονες και πολύπλοκες συνθήκες λειτουργίας, πολλά εξαρτήματα έπρεπε να αναπτυχθούν από το μηδέν. Για να αντιμετωπίσει την πρόκληση, το Πανεπιστήμιο Zhejiang συγκρότησε μια διεπιστημονική ομάδα – που περιλάμβανε ειδικούς σε πολιτικό μηχανική, αυτοματισμό, θερμοδυναμική και περιβαλλοντικές επιστήμες – για να σχεδιάσει και να κατασκευάσει τα συστήματα CHIEF.
Η θερμότητα ήταν ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια. Σε υψηλές ταχύτητες περιστροφής, ο φυγοκεντρητής παράγει τεράστια θερμότητα που μπορεί να απειλήσει τη σταθερότητα του συστήματος. Οι μηχανικοί ανέπτυξαν ένα σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας βασισμένο σε κενό, χρησιμοποιώντας τη μεγαλύτερη διάμετρο φλάντζας στον κόσμο, η οποία συνδυάζει άντληση κενού, ψυκτικό υγρό παγετώνα και εξαερισμό με εξαναγκασμένο αέρα για την ασφαλή διάχυση της θερμότητας. “Στοχεύουμε στη δημιουργία πειραματικών περιβαλλόντων που εκτείνονται από χιλιοστά του δευτερολέπτου έως δεκάδες χιλιάδες χρόνια, και από ατομικές έως [χιλιόμετρων] κλίμακες – υπό κανονικές ή ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης”, δήλωσε ο Chen Yunmin, επικεφαλής επιστήμονας του CHIEF και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Zhejiang. Σε ένα μόνο πείραμα, η CHIEF μπορεί να αναπαράγει παραμόρφωση εδάφους κλίμακας χιλιομέτρων, να προσομοιώσει μακροπρόθεσμη μεταφορά ρύπων ή να δημιουργήσει χιλιάδες νέα δείγματα υλικών. “Μας δίνει την ευκαιρία να ανακαλύψουμε εντελώς νέα φαινόμενα ή θεωρίες”, είπε ο Chen.
