Laut Studie ist der Cool Copper Collider der umweltfreundlichste unter den Higgs-Fabrikkonstruktionen – Physics World

Laut Studie ist der Cool Copper Collider der umweltfreundlichste unter den Higgs-Fabrikkonstruktionen – Physics World

Zeitstempel: 15. November 2023, 10:09 Uhr

Vorgeschlagener Cool Copper Collider-Strahltunnel
Kühlbetrieb: Eine Analyse ergab, dass der in den USA ansässige Cool Copper Collider, wenn er gebaut würde, im Vergleich zu konkurrierenden Higgs-Werkskonstruktionen den niedrigsten Gesamt-COXNUMX-Fußabdruck hätte. (Mit freundlicher Genehmigung von Emilio Nanni/SLAC National Accelerator Laboratory)

Änderungen am Betrieb einer geplanten Higgs-Fabrik könnten deren Energieeffizienz erheblich verbessern, doch der Bau wird den größten Einfluss auf den gesamten COXNUMX-Fußabdruck der Anlage haben. Das ist die Schlussfolgerung einer Analyse der möglichen Umweltauswirkungen der Cooler Copper Collider (C3) – ein vorgeschlagener Nachfolger des CERN Large Hadron Collider (LHC).

Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons Im Jahr 2012 planen Teilchenphysiker am LHC den Bau einer sogenannten Higgs-Fabrik, die Elektronen mit Positronen zerschlagen soll, um eine detailliertere Untersuchung der Eigenschaften des Higgs-Bosons und anderer Teilchen zu ermöglichen.

Derzeit liegen fünf Vorschläge vor Internationaler Linearcollider (ILC) in Japan, das C3 und das CERN-basierte Kompakter Linearcollider (CLIC) basieren alle auf Linearbeschleunigern. Der Zukünftiger Circular Collider (FCC-ee) am CERN und am China Electron Positron Collider (CEPC) in China hingegen sind kreisförmige Beschleuniger. C3 ist ein neueres Collider-Design, das von der vorgeschlagen wurde SLAC National Accelerator Laboratory in den USA.

Die Forscher fanden heraus, dass Linearbeschleuniger im Allgemeinen umweltfreundlicher sind als kreisförmige Beschleuniger. Denn ihre kompakte Größe vereinfacht die Konstruktion und reduziert den Materialbedarf. Tatsächlich erreichen die Tunnellängen für zukünftige Kreisbeschleuniger eine Länge von nahezu 100 km, während die linearen Optionen etwa 10 km lang sind.

Dieser 10-fache Längenunterschied reduziert den Einsatz von Beton, der einen erheblichen CO578-Fußabdruck hat, erheblich, ermöglicht aber auch einfachere Bauweisen. Insgesamt sagt das Team, dass der Bau der Haupttunnel für FCC und CEPC etwa 638 bzw. XNUMX Kilotonnen Kohlendioxidäquivalente (CO) produzieren würde2e) im Vergleich zu 73 bzw. 144 Kilotonnen CO2e für die Haupttunnel des CLIC und C3, Bzw.

Eine neue Diskussion

Was den gesamten Betriebsenergieverbrauch der vorgeschlagenen Kollider angeht, wurde festgestellt, dass der CEPC am höchsten ist, während CLIC am niedrigsten ist und die anderen drei ähnlich bleiben. Diese Analyse basierte auf Faktoren wie Stromverbrauch, erwarteten Betriebsjahren und Partikelkollisionen pro Jahr. Die Forscher schätzen auch, dass dedizierte Anlagen für erneuerbare Energien, wie etwa Solarparks, die Kohlenstoffintensität des Stroms, der von einem zukünftigen Collider verbraucht wird, etwa halbieren könnten.

Noch SLAC-Teilchenphysiker Caterina Vernieri und Kollegen argumentieren, dass es auch wichtig ist, dass die wissenschaftliche Wirkung gegen die Kosten und den Aufwand für die Umwelt abgewogen wird (PRX-Energie 2 047001). Während CLIC insgesamt den geringsten COXNUMX-Fußabdruck haben wird, gehen sie davon aus, dass C3 wäre im Hinblick auf die physikalische Leistung am umweltfreundlichsten. Dies liegt daran, dass es einen ähnlichen ökologischen Fußabdruck hat wie CLIC, aber eine genaue Bestimmung der Higgs-Boson-Eigenschaften durchführen würde.

Wir müssen nicht nur im Hinblick auf die finanziellen Kosten denken, sondern auch im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Umwelt

Caterina Vernieri

Das Team stellte fest, dass der einfachste Weg, die COXNUMX-Auswirkungen einer zukünftigen Higgs-Fabrik zu verringern, darin besteht, den Stromverbrauch zu senken. Ihre Analyse zeigt, dass Änderungen an der Funktionsweise der Klystrons – die für die Erzeugung der elektromagnetischen Felder verantwortlich sind, die die Strahlen antreiben – sowie an der Struktur des Strahls selbst, wie z. B. eine Verringerung der Bündelabstände, den Energieverbrauch des C senken könnten3 Strahl beispielsweise um ca. 40 %.

Vernieri sagt, dass die Untersuchung der Nachhaltigkeit von Physikprojekten angesichts ihrer enormen Kosten und Umweltauswirkungen ein neues, aber notwendiges Feld sei. „Wir müssen nicht nur im Hinblick auf die finanziellen Kosten denken, sondern auch auf die Auswirkungen auf die Umwelt“, sagt sie und fügt hinzu, dass es zumindest jetzt eine „ganz neue Diskussion“ gebe, die den COXNUMX-Fußabdruck der Teilchenphysik untersucht.

Die Forscher sagen auch, dass es erwähnenswert ist, dass das CERN plant, den FCC-Tunnel wiederzuverwenden, sobald seine Arbeit als Higgs-Fabrik als Hochenergie-Hadronenbeschleuniger abgeschlossen ist. Dies wäre jedoch nicht unbedingt ein eindeutiger Klimagewinn, da hierfür eine neue Strahlrohrinfrastruktur mit eigenen COXNUMX-Kosten erforderlich wäre. Das Team gibt an, dass eine detaillierte Lebenszyklusanalyse erforderlich wäre, um die möglichen Klimavorteile der Wiederverwendung des FCC-Tunnels zu ermitteln, was den Rahmen dieser Studie sprengt.

Zeitstempel:

Mehr von Physik-Welt