Cool Copper Collider mest miljøvenlig blandt Higgs fabriksdesign, finder undersøgelse – Physics World

Cool Copper Collider mest miljøvenlig blandt Higgs fabriksdesign, finder undersøgelse – Physics World

Tidsstempel: 15. november 2023 kl. 10

Foreslået Cool Copper Collider stråletunnel
Seje løb: en analyse viser, at den USA-baserede Cool Copper Collider, hvis den blev bygget, ville have det laveste samlede COXNUMX-fodaftryk sammenlignet med rivaliserende Higgs fabriksdesign. (Med høflighed: Emilio Nanni/ SLAC National Accelerator Laboratory)

Ændringer i driften af ​​en planlagt Higgs-fabrik kan forbedre dens energieffektivitet betydeligt, men byggeriet vil have den største indflydelse på anlæggets samlede COXNUMX-fodaftryk. Det er konklusionen af en analyse af den potentielle miljøpåvirkning af Cool Copper Collider (C3) – en foreslået efterfølger til CERN'er Large Hadron Collider (LHC).

Efter opdagelsen af ​​Higgs-bosonen i 2012 på LHC planlægger partikelfysikere at bygge en såkaldt Higgs-fabrik, der ville smadre elektroner med positroner for at muliggøre mere detaljeret undersøgelse af egenskaberne af Higgs-bosonen og andre partikler.

Der er i øjeblikket fem forslag med International Lineær Collider (ILC) i Japan, C3 og den CERN-baserede Kompakt lineær kolliderer (CLIC) alle baseret på lineære acceleratorer. Det Fremtidig Circular Collider (FCC-ee) på CERN og Kina Electron Positron Collider (CEPC) i Kina er i mellemtiden cirkulære kolliderer. C3 er et nyere kollider-design foreslået af SLAC National Accelerator Laboratory i USA.

Forskerne fandt ud af, at lineære acceleratorer generelt er mere miljøvenlige end cirkulære designs. Dette skyldes, at deres kompakte størrelse forenkler konstruktionen og reducerer den nødvendige mængde materiale. Faktisk nærmer tunnellængder for fremtidige cirkulære acceleratorer sig 100 km i længden, mens de lineære muligheder er omkring 10 km lange.

Denne 10-dobbelte forskel i længden reducerer brugen af ​​beton markant, som har et betydeligt CO578-aftryk, men giver også mulighed for enklere byggemetoder. Samlet set siger holdet, at bygning af hovedtunnelerne til FCC og CEPC ville producere omkring 638 og XNUMX kilotons kuldioxidækvivalenter (CO2e), sammenlignet med henholdsvis 73 og 144 kilotons CO2e for hovedtunnelerne i CLIC og C3, henholdsvis.

En ny diskussion

Når det kommer til det samlede driftsenergiforbrug for de foreslåede kollidere, blev CEPC fundet at være den højeste med CLIC den laveste og de andre tre forblev ens. Denne analyse var baseret på faktorer som strømforbrug, forventede driftsår og partikelkollisioner pr. år. Forskerne vurderer også, at dedikerede vedvarende energianlæg, såsom solfarme, kan omkring halvdelen af ​​kulstofintensiteten af ​​den elektricitet, der bruges af enhver fremtidig kolliderer.

Alligevel SLAC partikelfysiker Caterina Vernieri og kolleger hævder, at det også er vigtigt, at videnskabelig påvirkning afvejes mod miljømæssige omkostninger og indsats (PRX energi 2 047001). Mens CLIC vil have det laveste samlede COXNUMX-fodaftryk, foreslår de, at C3 ville være den mest miljøvenlige med hensyn til fysikoutput. Dette skyldes, at det har et lignende miljømæssigt fodaftryk som CLIC, men vil udføre en præcis bestemmelse af Higgs bosonernes egenskaber.

Vi skal ikke kun tænke i økonomiske omkostninger, men også miljøpåvirkninger

Caterina Vernieri

Holdet fandt ud af, at den nemmeste måde at reducere kulstofpåvirkningen fra en fremtidig Higgs-fabrik på er at reducere dens strømforbrug. Deres analyse viser, at justeringer af klystronernes funktion – der er ansvarlige for at skabe de elektromagnetiske felter, der driver strålerne – såvel som til selve strålens struktur, såsom at reducere bundafstanden, kan reducere energiforbruget af C.3 stråle, for eksempel med omkring 40%.

Vernieri siger, at i betragtning af deres enorme omkostninger og miljøpåvirkning er undersøgelse af bæredygtigheden af ​​fysikprojekter et nyt, men nødvendigt område. "Vi skal ikke kun tænke i økonomiske omkostninger, men også miljøpåvirkning," siger hun og tilføjer, at der i det mindste nu er en "helt ny diskussion", der undersøger partikelfysikkens COXNUMX-fodaftryk.

Forskerne siger også, at det er værd at bemærke, at CERN planlægger at genbruge FCC-tunnelen, når dens arbejde som en Higgs-fabrik er færdig som en højenergi-hadron-kollider. Alligevel ville dette ikke nødvendigvis være en klar klimagevinst, da det ville kræve ny beamline-infrastruktur med sine egne kulstofomkostninger. Holdet udtaler, at en detaljeret livscyklusanalyse ville være påkrævet for at bestemme de mulige klimafordele ved at genbruge FCC-tunnelen, hvilket er uden for denne undersøgelses omfang.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden