Dùng tia X nghiên cứu các điều kiện vật chất ở trung tâm trái đất

Việc các tia X được hấp thụ như thế nào sẽ giúp hiểu tường tận nhiều quá trình bí mật ở trung tâm và gần tâm Trái đất.

Ví dụ, việc làm này sẽ giúp làm sáng tỏ tại sao từ trường của trái đất có thể “đảo” (flip) được.
Các nhà khoa học vốn chưa bao giờ trực tiếp thực nghiệm được khu vực trung tâm trái đất sâu khoảng 3.000 km (khoảng 1.900 dặm) bên dưới mặt nước biển. Thực ra, các nghiên cứu mới chỉ khoan thử nghiệm lớp vỏ ngoài cùng của trái đất. Mà ở nơi mỏng nhất, tận dưới vực sâu của các đại dương thì lớp vỏ trái đất cũng dày tới 10km.

Vì thế, người ta buộc phải nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để mô phỏng các điều kiện ở tâm trái đất, khám phá xem từ trường trái đất hình thành như thế nào, tại sao nó biến đổi, và những đợt sóng chấn động từ các trận động đất được truyền qua nó như thế nào.

Dùng kim cương để tạo áp suất

Mấu chốt của thử nghiệm được tiến hành ở ID24 – là một đầu đe bằng kim cương (diamond anvil cell) – một công cụ vô cùng đơn giản và đáng tin cậy, giúp tạo ra áp suất cao khi kẹp những mẫu rất nhỏ giữa các điểm của hai viên kim cương được cắt gọt chính xác.

Qua đó, các mẫu vật bị nén dưới một áp suất cao hơn hàng triệu lần so với khi nằm trong tầng bề mặt Trái đất.

Các tia lazer cường độ mạnh sau đó được chiếu xuyên qua kim cương tập trung vào các mẫu, đốt nóng chúng với nhiệt độ lớn hơn 10,000oC. Sau đó, tia X được chiếu như một cách thăm dò, giúp xác định một cách rõ ràng cấu tạo và thành phần hoá học của các mẫu vật.

Cơ sở ID24 được nâng cấp mới đây đã có thể chiếu tia X tập trung vào một điểm nhỏ tới 1 phần triệu mét- nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng của các thiết bị trước đây.

Hơn nữa, các phản ứng sau khi vật chất được đốt nóng và nén lại, được theo dõi qua những bức ảnh chụp liên tục hàng triệu lần mỗi giây, với độ phân giải cao hàng trăm lần trước đây.
“Các nhà khoa học có thể sử dụng thiết bị gia tốc ở Nhật Bản và Mỹ đo các phổ hấp thụ tia X, nhưng chỉ có ID24 mới quan sát được phân giải chỉ xảy ra trong khoảnh khắc micro giây… cùng với các điểm tập trung có độ lớn chỉ cỡ micron”, Sakura Pascarelli, trưởng nhóm  nghiên cứu tại ID24 cho biết. “Chưa từng ở đâu có khả năng nâng cấp ID24 như ở ESRF và từ trước khi công cụ này được đưa vào sử dụng, chúng tôi đã nhận được lời đề nghị chia sẻ công nghệ”.

ID24 là phòng  đầu tiên trong tám nơi chiếu tia ở ESRF sẽ được tu bổ toàn bộ trong chương trình nâng cấp ESRF, ID24 đặt tại Grenoble, Pháp, với tổng chi phí lên tới 180 triệu Euro.

Thu Quỳnh dịch http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-15691038