Το Cool Copper Collider είναι το πιο φιλικό προς το περιβάλλον μεταξύ των σχεδίων του εργοστασίου Higgs, βρίσκει μελέτη - Physics World

Το Cool Copper Collider είναι το πιο φιλικό προς το περιβάλλον μεταξύ των σχεδίων του εργοστασίου Higgs, βρίσκει μελέτη - Physics World

Χρονική σήμανση: 15 Νοεμβρίου 2023 10:09 π.μ.

Προτεινόμενη σήραγγα δέσμης Cool Copper Collider
Cool runs: μια ανάλυση διαπιστώνει ότι το Cool Copper Collider με έδρα τις ΗΠΑ, εάν κατασκευαστεί, θα είχε το χαμηλότερο συνολικό αποτύπωμα άνθρακα σε σύγκριση με τα αντίπαλα εργοστασιακά σχέδια του Higgs. (Ευγενική προσφορά: Emilio Nanni/ SLAC National Accelerator Laboratory)

Οι αλλαγές στη λειτουργία ενός προγραμματισμένου εργοστασίου Higgs θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά την ενεργειακή του απόδοση, αλλά η κατασκευή θα έχει τον μεγαλύτερο αντίκτυπο στο συνολικό αποτύπωμα άνθρακα της εγκατάστασης. Αυτό είναι το συμπέρασμα μιας ανάλυσης των πιθανών περιβαλλοντικών επιπτώσεων της Cool Copper Collider (C3) – προτεινόμενος διάδοχος του CERN Large Hadron Collider (LHC).

Μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012 στο LHC, οι φυσικοί των σωματιδίων σχεδιάζουν να κατασκευάσουν ένα λεγόμενο εργοστάσιο Higgs που θα συνέτριβε τα ηλεκτρόνια με ποζιτρόνια για να επιτρέψει πιο λεπτομερή έρευνα των ιδιοτήτων του μποζονίου Higgs και άλλων σωματιδίων.

Αυτή τη στιγμή υπάρχουν πέντε προτάσεις με την Διεθνής Γραμμικός Επιταχυντής (ILC) στην Ιαπωνία, το C3 και του CERN Συμπαγής Γραμμικός Επιταχυντής (CLIC) όλα βασίζονται σε γραμμικούς επιταχυντές. ο Μελλοντικός Κυκλικός Επιταχυντής (FCC-ee) στο CERN και το Επιταχυντής ηλεκτρονίων ποζιτρονίων Κίνας (CEPC) στην Κίνα, εν τω μεταξύ, είναι κυκλικοί επιταχυντές. ντο3 είναι ένας νεότερος σχεδιασμός επιταχυντή που προτείνεται από την Εθνικό εργαστήριο επιταχυντών SLAC στις Η.Π.Α.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, γενικά, οι γραμμικοί επιταχυντές είναι πιο φιλικοί προς το περιβάλλον από τους κυκλικούς σχεδιασμούς. Αυτό συμβαίνει επειδή το συμπαγές τους μέγεθος απλοποιεί την κατασκευή και μειώνει την ποσότητα του υλικού που απαιτείται. Πράγματι, τα μήκη σήραγγας για μελλοντικούς κυκλικούς επιταχυντές πλησιάζουν τα 100 km σε μήκος, ενώ οι γραμμικές επιλογές είναι περίπου 10 km.

Αυτή η 10πλάσια διαφορά μήκους μειώνει σημαντικά τη χρήση σκυροδέματος, το οποίο έχει σημαντικό αποτύπωμα άνθρακα, αλλά επιτρέπει και απλούστερες μεθόδους κατασκευής. Συνολικά, η ομάδα λέει ότι η κατασκευή των κύριων σηράγγων για την FCC και την CEPC θα παράγει περίπου 578 και 638 κιλοτόνους ισοδύναμα διοξειδίου του άνθρακα (CO2ε), αντίστοιχα, σε σύγκριση με 73 και 144 κιλοτόνους CO2ε για τις κύριες σήραγγες του CLIC και του C3, Αντίστοιχα.

Μια νέα συζήτηση

Όσον αφορά τη συνολική κατανάλωση ενέργειας λειτουργίας των προτεινόμενων συγκρουόμενων, το CEPC βρέθηκε να είναι το υψηλότερο με το CLIC το χαμηλότερο και τα άλλα τρία να παραμένουν παρόμοια. Αυτή η ανάλυση βασίστηκε σε παράγοντες όπως η κατανάλωση ενέργειας, τα αναμενόμενα χρόνια λειτουργίας και οι συγκρούσεις σωματιδίων ανά έτος. Οι ερευνητές εκτιμούν επίσης ότι οι αποκλειστικές εγκαταστάσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως τα ηλιακά πάρκα, θα μπορούσαν να είναι περίπου το μισό της έντασης άνθρακα από την ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται από οποιονδήποτε μελλοντικό επιταχυντή.

Ωστόσο, φυσικός σωματιδίων SLAC Κατερίνα Βερνιέρι και οι συνάδελφοι υποστηρίζουν ότι είναι επίσης σημαντικό ο επιστημονικός αντίκτυπος να εξισορροπείται έναντι του περιβαλλοντικού κόστους και των προσπαθειών (PRX Energy 2 047001). Ενώ το CLIC θα έχει το χαμηλότερο συνολικό αποτύπωμα άνθρακα, προτείνουν ότι το C3 θα ήταν το πιο φιλικό προς το περιβάλλον από άποψη φυσικής παραγωγής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι έχει παρόμοιο περιβαλλοντικό αποτύπωμα με το CLIC, αλλά θα πραγματοποιούσε έναν ακριβή προσδιορισμό των ιδιοτήτων των μποζονίων Higgs.

Πρέπει να σκεφτόμαστε όχι μόνο όσον αφορά το οικονομικό κόστος, αλλά και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Κατερίνα Βερνιέρι

Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο ευκολότερος τρόπος για να μειωθεί ο αντίκτυπος του άνθρακα ενός μελλοντικού εργοστασίου Higgs είναι να μειώσει τη χρήση ενέργειας. Η ανάλυσή τους δείχνει ότι τροποποιήσεις στη λειτουργία των κλυστρόν – υπεύθυνων για τη δημιουργία των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που οδηγούν τις δέσμες – καθώς και στη δομή της ίδιας της δέσμης, όπως η μείωση της απόστασης των δεσμών, θα μπορούσαν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας του C3 δέσμη, για παράδειγμα, κατά περίπου 40%.

Ο Vernieri λέει ότι, δεδομένου του τεράστιου κόστους και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, η μελέτη της βιωσιμότητας των έργων φυσικής είναι ένας νέος αλλά απαραίτητος τομέας. «Πρέπει να σκεφτόμαστε όχι μόνο όσον αφορά το οικονομικό κόστος, αλλά και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις», λέει, προσθέτοντας ότι τουλάχιστον υπάρχει τώρα μια «ολόκληρη νέα συζήτηση» που εξετάζει το αποτύπωμα άνθρακα της σωματιδιακής φυσικής.

Οι ερευνητές λένε επίσης ότι αξίζει να σημειωθεί ότι το CERN σχεδιάζει να επαναχρησιμοποιήσει τη σήραγγα FCC μόλις ολοκληρωθεί η εργασία του ως εργοστάσιο Higgs ως επιταχυντής αδρονίων υψηλής ενέργειας. Ωστόσο, αυτό δεν θα ήταν απαραίτητα μια ξεκάθαρη νίκη για το κλίμα, καθώς θα απαιτούσε νέα υποδομή δέσμης με το δικό της κόστος άνθρακα. Η ομάδα δηλώνει ότι θα απαιτηθεί λεπτομερής ανάλυση του κύκλου ζωής για τον προσδιορισμό των πιθανών κλιματικών πλεονεκτημάτων από την επαναχρησιμοποίηση της σήραγγας FCC, κάτι που ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτής της μελέτης.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής