Các nhà nghiên cứu Trung Quốc vừa chế tạo thành công tinh thể barium gallium selenide (BGSe) tổng hợp lớn nhất thế giới, mở ra khả năng phát triển các loại vũ khí laser siêu mạnh đủ sức phá hủy vệ tinh từ mặt đất.
Tinh thể mới có đường kính 60 mm, có khả năng chuyển đổi hiệu quả tia laser hồng ngoại sóng ngắn thành các chùm tia hồng ngoại trung và xa – loại có thể xuyên qua “cửa sổ khí quyển” để truyền đi khoảng cách rất xa. Đặc biệt, nó chịu được cường độ laser lên tới 550 megawatt mỗi cm² – vượt xa ngưỡng chịu đựng của các tinh thể cấp quân sự hiện nay tới hàng chục lần.
Nhóm nghiên cứu do giáo sư Vũ Hải Tân (Wu Haixin) dẫn đầu đã công bố phát hiện trên Tạp chí Tinh thể Tổng hợp của Trung Quốc vào tháng 6 vừa qua. Họ cho biết, tinh thể mới được ứng dụng trong bộ chuyển đổi tần số laser có kích thước 10×10×50 mm – lớn hơn hẳn các linh kiện quang học truyền thống vốn nhỏ và mỏng.
Trong hàng chục năm, vấn đề tự hủy do quá nhiệt là cản trở lớn với vũ khí laser. Thí nghiệm laser MIRACL của Hải quân Mỹ năm 1997 từng làm tan chảy chính thiết bị khi nhắm vào một vệ tinh, cho thấy rõ giới hạn của công nghệ. Tinh thể BGSe được phát hiện lần đầu tại Trung Quốc vào năm 2010, gây chấn động giới khoa học nhờ hiệu năng chưa từng có. Các tập đoàn quốc phòng phương Tây đã cố gắng tái tạo nhưng gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô sản xuất.
Quá trình sản xuất BGSe cực kỳ phức tạp. Theo nhóm của giáo sư Vũ tại Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì, Trung Quốc, các nguyên tố bari, gali và selen tinh khiết được niêm phong chân không trong ống thạch anh và xử lý bằng phương pháp làm sạch theo vùng (zone refining).
Các ống được nung tới 1.020°C trong lò hai vùng nhiệt để tạo vùng nóng chảy. Sau đó, trong vòng một tháng, các tinh thể được hình thành khi ống di chuyển từ vùng nóng sang vùng mát hơn. Sau khi kết tinh, chúng được giữ ở 500°C trong vài ngày và làm nguội với tốc độ 5°C mỗi giờ để loại bỏ khiếm khuyết.
Giai đoạn hoàn thiện cũng đòi hỏi độ chính xác cao. Các tinh thể được cắt bằng lưỡi kim cương theo mặt phân cắt tự nhiên, sau đó đánh bóng bằng dung dịch oxit cerium để đạt bề mặt phản quang hoàn hảo.
Theo nhóm nghiên cứu, các yếu tố then chốt gồm: loại trừ hoàn toàn oxy và độ ẩm, kiểm soát nhiệt độ cực chính xác và xử lý nhiệt (annealing) để xóa bỏ khuyết tật, là điều kiện cần thiết để tạo ra tinh thể chất lượng cao ở quy mô lớn như vậy.
Bước tiến mới xuất hiện trong bối cảnh chương trình vũ khí năng lượng định hướng của Trung Quốc đang tăng tốc, được thúc đẩy bởi lo ngại về vai trò quân sự của Starlink trong xung đột Ukraine và thế thượng phong không gian của Mỹ. Trung Quốc gần đây cũng đạt được nhiều bước tiến trong công nghệ nguồn năng lượng và kiểm soát nhiệt – những yếu tố sống còn để vận hành vũ khí laser cường độ cao.
Ngoài mục đích quân sự, các tinh thể BGSe cỡ lớn còn có thể nâng cao hiệu quả chẩn đoán y tế và hệ thống hồng ngoại siêu nhạy dùng trong theo dõi tên lửa hoặc nhận dạng máy bay, theo nhóm tác giả. Từ năm 2020, các tinh thể này đã được ứng dụng trong nhiều dự án nghiên cứu – phát triển tiên tiến.
Để so sánh, các hệ thống laser không dùng cho mục đích vũ khí có thể dùng tinh thể lớn hơn nữa. Ví dụ, hệ thống laser ZEUS tại Đại học Michigan (Mỹ) sử dụng tinh thể sapphire pha titan rộng tới gần 18 cm để khuếch đại xung laser đạt công suất cực đại. Tuy nhiên, quá trình sản xuất tinh thể này kéo dài tới 4,5 năm – cho thấy quy trình chế tạo tinh thể laser vẫn vô cùng thách thức về mặt kỹ thuật.
Robot chiến xa VU-T10: Vũ khí không người lái mới của Trung Quốc hướng tới AI hóa chiến tranh
Đức đổ tiền đầu tư "gián trinh sát" và robot AI, chuẩn bị cho chiến tranh tương lai
Giới khoa học Trung Quốc phá vỡ "lời nguyền" từng giết chết chương trình X-47B của Mỹ
Theo SCMP
