Công trình được hình thành trên cơ sở hệ thống đường hầm xuyên núi Cẩm Bình, vốn được xây dựng phục vụ các dự án thủy điện trên sông Nhã Lung.
Năm 2003, Công ty Phát triển Thủy điện lưu vực sông Nhã Lung bắt đầu triển khai xây dựng hai nhà máy thủy điện Cẩm Bình 1 và Cẩm Bình 2. Hệ thống đường hầm kết nối hai nhà máy có chiều dài khoảng 17,5 km, trong đó đoạn có lớp đá che phủ dày nhất lên tới 2.400 m.
Quá trình xây dựng đường hầm gặp nhiều thách thức do địa chất phức tạp. Công trường nhiều lần xảy ra hiện tượng nước ngầm áp lực cao tràn vào với lưu lượng lớn và hơn 1.200 lần xảy ra hiện tượng nổ đá.
Ngày 8/8/2008, đường hầm Cẩm Bình chính thức thông tuyến. Đây cũng là điều kiện để các nhà khoa học tận dụng không gian bên trong núi, phát triển một cơ sở nghiên cứu vật lý ngầm.
Từ năm 2002, Đại học Thanh Hoa đã bắt đầu nghiên cứu vật chất tối nhưng khi đó Trung Quốc chưa có điều kiện thí nghiệm phù hợp. Các nhà khoa học phải sang Hàn Quốc để sử dụng phòng thí nghiệm phục vụ nghiên cứu.
Sau khi biết hệ thống đường hầm Cẩm Bình được xây dựng với lớp đá che phủ dày khoảng 2.400 m, nhóm nghiên cứu của Đại học Thanh Hoa đã liên hệ với Công ty Phát triển Thủy điện lưu vực sông Nhã Lung để đề xuất hợp tác xây dựng phòng thí nghiệm ngầm đầu tiên của Trung Quốc.
Tháng 12/2010, giai đoạn I của CJPL chính thức đi vào hoạt động với thể tích khoảng 4.000 m3. Đến năm 2014, Đại học Thanh Hoa và Công ty Phát triển Thủy điện lưu vực sông Nhã Lung lên kế hoạch mở rộng phòng thí nghiệm, nâng không gian nghiên cứu dưới lòng đất từ 4.000 m3 lên khoảng 330.000 m3.
Giai đoạn II, có tên gọi là Cơ sở thí nghiệm vật lý tiên tiến dưới lòng đất sâu với nền phóng xạ cực thấp (Jinping Deep Underground Ultra-low Radiation Background Facility), chính thức khởi công tháng 12/2020. Dự án được đưa vào danh mục cơ sở hạ tầng khoa học công nghệ trọng điểm quốc gia trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 của Trung Quốc vào năm 2021.
Theo thiết kế, cơ sở giai đoạn II có diện tích xây dựng thích ứng với không gian ngầm khoảng 43.011 m3, thể tích 303.327 m3. Khu vực thí nghiệm gồm 8 phòng thí nghiệm chính, 2 phòng thí nghiệm địa kỹ thuật, 2 đường hầm phụ trợ, 4 đường hầm dịch vụ, 3 đường hầm kết nối và hệ thống đường hầm thoát nước.
Đây là một trong những công trình hầm ngầm sâu nhất thế giới phục vụ nghiên cứu khoa học.
Ngày 7/12/2023, các hạng mục xây dựng và công trình phụ trợ của giai đoạn II hoàn thành, đủ điều kiện phục vụ thí nghiệm khoa học. 10 nhóm nghiên cứu đầu tiên từ các trường đại học, viện nghiên cứu và cơ quan khoa học của Trung Quốc đã tiến vào cơ sở này.
Hệ thống vật liệu đặc biệt phủ hơn 100.000 bề mặt công trình
Một trong những thách thức lớn nhất khi xây dựng CJPL là phải duy trì môi trường có mức phóng xạ nền cực thấp. Lớp đá dày phía trên giúp ngăn phần lớn tia vũ trụ, nhưng chính các khối đá bao quanh công trình lại có thể phát sinh khí radon phóng xạ, gây nhiễu các phép đo khoa học.
Để xử lý vấn đề này, đội ngũ xây dựng đã phát triển công nghệ chống thấm và ngăn radon bằng cách phủ 10 lớp vật liệu đặc biệt lên bề mặt các khoang ngầm. Tổng chiều dày hệ thống vật liệu khoảng 10 cm, diện tích xử lý được công bố ở mức khoảng 100.000-110.000 m2. Sau khi hoàn thành, kết quả kiểm tra cho thấy khoảng 99% lượng khí radon phát ra từ đá bao quanh được ngăn cách với không gian thí nghiệm.
Hệ thống máy móc trang bị hiện đại bên dưới hầm ngầm.
Không chỉ kết cấu công trình, 141 hạng mục thiết bị và vật liệu xây dựng chính cũng phải đáp ứng những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về phóng xạ nền. Đội ngũ dự án đã khảo sát tại 8 tỉnh để tìm nguồn cung cấp cát, đá và cốt liệu phù hợp. Các loại xi măng phóng xạ nền thấp, vật liệu kim sa, bông khoáng và thiết bị cơ điện cũng được nghiên cứu, lựa chọn hoặc sản xuất theo yêu cầu riêng.
Một hạng mục đáng chú ý khác là khoang chắn bằng polyethylene có chiều dài 51,9 m, rộng 9,78 m và cao 7,9 m. Kết cấu này có độ dày 1 m, được lắp ghép từ các tấm polyethylene mật độ cao dày 100 mm, với tổng lượng vật liệu sử dụng khoảng 1.850 m3, nặng hơn 1.800 tấn. Khoang chắn được xây dựng nhằm giảm tác động của neutron đến các thiết bị đo đạc bên trong phòng thí nghiệm.
Dự án còn triển khai hệ thống che chắn lạnh bằng nitơ lỏng, hệ thống cấp khí tươi và các thiết bị kiểm soát môi trường. Quá trình thiết kế, xây dựng sử dụng công nghệ BIM, hệ thống quản lý công trường thông minh, giám sát giao thông và môi trường để kiểm soát các hạng mục thi công trong không gian ngầm có điều kiện phức tạp.
Hầm ngầm phục vụ nghiên cứu vật chất tối và các hiện tượng vật lý hiếm
Việc xây dựng CJPL ở độ sâu lớn xuất phát từ yêu cầu giảm nhiễu trong các thí nghiệm vật lý hạt. Tại đây, lớp đá che phủ dày khoảng 2.400 m giúp thông lượng tia vũ trụ giảm xuống còn khoảng 1/100 triệu so với bề mặt Trái đất.
Điều kiện này tạo môi trường thuận lợi cho các nhóm nghiên cứu tìm kiếm vật chất tối, nghiên cứu neutrino, phản ứng hạt nhân trong thiên văn học và các hiện tượng vật lý hiếm. Những nhóm nghiên cứu đầu tiên tại đây gồm CDEX của Đại học Thanh Hoa, PandaX của Đại học Giao thông Thượng Hải và JUNA về vật lý thiên văn hạt nhân.
Ngoài nghiên cứu vật chất tối, cơ sở còn được thiết kế để phục vụ nghiên cứu cơ học đá, y học dưới lòng đất, cấu trúc và sự tiến hóa của Trái đất, cũng như kiểm tra phóng xạ trong vật liệu và môi trường.
Sau khi giai đoạn II đi vào hoạt động, CJPL trở thành một nền tảng nghiên cứu liên ngành, cho phép nhiều trường đại học và viện nghiên cứu cùng sử dụng cơ sở hạ tầng khoa học nằm sâu bên trong núi Cẩm Bình.