קולידר נחושת מגניב הידידותי ביותר לסביבה מבין עיצובי מפעל היגס, מצא מחקר - עולם הפיזיקה

שינויים בתפעול של מפעל היגס המתוכנן עשויים לשפר משמעותית את יעילות האנרגיה שלו, אך לבנייה תהיה ההשפעה הגדולה ביותר על טביעת הרגל הפחמנית הכוללת של המתקן. זו המסקנה של ניתוח של ההשפעה הסביבתית הפוטנציאלית של קולידר נחושת מגניב (C³) - יורש מוצע ל-CERN's Large Hadron Collider (LHC).

בעקבות גילוי בוזון היגס בשנת 2012 ב-LHC, מתכננים פיזיקאים של חלקיקים לבנות מפעל היגס שינתץ אלקטרונים עם פוזיטרונים כדי לאפשר חקירה מפורטת יותר של התכונות של בוזון היגס וחלקיקים אחרים.

יש כרגע חמש הצעות עם מאיץ ליניארי בינלאומי (ILC) ביפן, ה-C³ וה-CERN מבוסס מאיץ ליניארי קומפקטי (CLIC) הכל מבוסס על מאיצים ליניאריים. ה Future Circular Collider (FCC-ee) ב-CERN וב- מאיץ פוזיטרון אלקטרון בסין (CEPC) בסין, בינתיים, הם מתנגשים מעגליים. ג³ הוא עיצוב קולידר חדש יותר שהוצע על ידי המעבדה הלאומית לאיצטדיון SLAC בארצות הברית.

החוקרים גילו שבאופן כללי, מאיצים ליניאריים ידידותיים יותר לסביבה מאשר עיצובים מעגליים. הסיבה לכך היא שהגודל הקומפקטי שלהם מפשט את הבנייה ומפחית את כמות החומר הדרושה. ואכן, אורכי המנהרות עבור מאיצים מעגליים עתידיים מתקרבים ל-100 ק"מ באורך, בעוד שהאפשרויות הליניאריות הן באורך של כ-10 ק"מ.

הבדל זה באורך פי 10 מפחית משמעותית את השימוש בבטון, שיש לו טביעת רגל פחמנית משמעותית, אך גם מאפשר שיטות בנייה פשוטות יותר. בסך הכל, הצוות אומר שבניית המנהרות הראשיות עבור ה-FCC וה-CEPC תייצר כ-578 ו-638 קילוטון של שווה ערך לפחמן דו חמצני (CO₂ה), בהתאמה, בהשוואה ל-73 ו-144 קילוטון CO₂e עבור המנהרות הראשיות של CLIC ו-C³, בהתאמה.

דיון חדש

כשמדובר בצריכת האנרגיה התפעולית הכוללת של המתנגשים המוצעים, נמצא שה-CEPC הוא הגבוה ביותר כאשר CLIC הנמוך ביותר ושלושת האחרים נותרו דומים. ניתוח זה התבסס על גורמים כמו צריכת חשמל, שנות פעילות צפויות והתנגשויות חלקיקים בשנה. החוקרים מעריכים גם שמתקנים ייעודיים לאנרגיה מתחדשת, כמו חוות סולאריות, יכולים בערך למחצית מעוצמת הפחמן של החשמל המשמש כל מתנגש עתידי.

ובכל זאת פיזיקאי חלקיקים SLAC קתרינה ורניירי ועמיתיו טוענים שחשוב גם שההשפעה המדעית תהיה מאוזנת מול עלות ומאמצים סביבתיים (PRX Energy 2 047001). בעוד של-CLIC תהיה טביעת הרגל הפחמנית הנמוכה ביותר, הם מציעים ש-C³ יהיה הכי ידידותי לסביבה מבחינת תפוקת פיזיקה. הסיבה לכך היא שיש לה טביעת רגל סביבתית דומה ל-CLIC אך היא תבצע קביעה מדויקת של תכונות הבוזונים של היגס.

אנחנו צריכים לחשוב לא רק במונחים של עלויות כספיות, אלא גם במונחים של השפעה סביבתית

קתרינה ורניירי

הצוות מצא שהדרך הקלה ביותר להפחית את השפעת הפחמן של מפעל עתידי של היגס היא להפחית את צריכת החשמל שלו. הניתוח שלהם מראה ששינויים בפעולת הקליסטרון - האחראים על יצירת השדות האלקטרומגנטיים המניעים את הקורות - כמו גם במבנה האלומה עצמה, כגון צמצום מרווחי החבורה, יכולים להפחית את צריכת האנרגיה של ה-C³ קרן, למשל, בכ-40%.

CERN מאשרת עבודה נוספת על Future Circular Collider - אך מעכבת את ההחלטה הסופית

ורניירי אומר שלאור העלויות העצומות וההשפעה הסביבתית שלהם, חקר הקיימות של פרויקטים בפיזיקה הוא תחום חדש אך הכרחי. "אנחנו צריכים לחשוב לא רק במונחים של עלויות כספיות, אלא גם השפעה סביבתית", היא אומרת, ומוסיפה שלפחות יש עכשיו "דיון חדש לגמרי" שבוחן את טביעת הרגל הפחמנית של פיזיקת החלקיקים.

החוקרים אומרים גם שכדאי לציין ש-CERN מתכננת לעשות שימוש חוזר במנהרת ה-FCC לאחר שעבודתה כמפעל היגס תושלם כמתנגש הדרונים באנרגיה גבוהה. עם זאת, זה לא בהכרח יהיה ניצחון אקלימי מובהק מכיוון שזה ידרוש תשתית קו קרן חדשה עם עלויות פחמן משלה. הצוות קובע כי יידרש ניתוח מחזור חיים מפורט כדי לקבוע את יתרונות האקלים האפשריים של שימוש חוזר במנהרת FCC, שהוא מעבר להיקף המחקר הזה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/cool-copper-collider-most-environmentally-friendly-among-higgs-factory-designs-finds-study/