CERN이 제안한 원주 100km '힉스 공장'은 경쟁 설계보다 환경 영향이 낮다는 연구 결과가 나왔다.

미래 힉스 공장의 탄소 발자국은 선택한 디자인과 위치에 따라 거의 100배까지 달라질 수 있습니다. 이것이 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)의 잠재적 후속 제품을 연구한 유럽 물리학자들의 분석 결과입니다. 연구원들은 제안된 미래의 원형 충돌기 (FCC)는 CERN에 기반을 두고 LHC에 연결되어 경쟁 설계보다 더 적은 에너지를 소비하고 생성된 Higgs 입자당 탄소 배출량이 더 적기 때문에 가장 환경 친화적일 것입니다.arXiv : 2208.10466).

2012년 LHC에서 힉스 입자가 발견된 후 입자 물리학자들은 더 강력한 입자 가속기를 만들 계획입니다. 힉스 공장으로 알려진 미래의 기계는 양전자로 전자를 박살내어 힉스 보손 및 기타 입자의 특성을 보다 자세히 조사할 수 있게 합니다.

현재 고에너지 양전자-전자 충돌기에 대한 XNUMX가지 제안이 있으며, 국제 선형 충돌기 (ILC)는 일본, Cool Copper Collider(C3)는 미국, 소형 선형 충돌기 CERN에서는 모두 선형 가속기를 기반으로 합니다. FCC와 중국 전자 양전자 충돌기 한편 중국의 (CEPC)는 원형 충돌체입니다.

서로 다른 가속기 설계의 물리적 기회에 대해 다양한 논쟁이 있지만 CERN 입자 물리학자는 패트릭 자노트 그리고 그의 동료 Alain Blondel은 미래 충돌기의 높은 에너지 소비로 인해 설계의 상당한 환경적 영향도 고려해야 한다고 주장합니다.

"우리는 미래의 고에너지 물리 프로젝트에 가속기의 비용과 성능뿐만 아니라 물리 결과당 탄소 발자국도 포함하고 이러한 데이터를 설계 및 '최고의' 가속기 선택에 사용할 것을 제안하고 있습니다." 자노트가 말했다 물리 세계.

그들의 분석에서 두 사람은 FCC가 가장 에너지 효율적인 설계라는 것을 발견했으며, 생산한 힉스 입자 하나당 3MWh의 전기를 소비했습니다. 그 다음으로 가장 좋은 것은 힉스 입자당 4.1MWh의 CEPC였으며 가장 에너지 집약적인 설계는 C3(18MWh/Higgs 입자)입니다.

그런 다음 연구원들은 미래의 고에너지 가속기를 개최하기를 희망하는 여러 국가에서 전기 생산의 탄소 집약도를 조사했습니다. FCC는 다시 최고였으며 0.17톤의 CO를 배출했습니다.₂ 등가물(t CO₂ eq.) 생성된 Higgs 입자당. 한편 ILC는 약 50배 더 ​​많은 CO를 생성합니다.₂ 등가물(9.4t CO₂ 등가 Higgs boson 당). FCC의 낮은 배출량은 부분적으로 프랑스에서 생산되는 에너지의 약 80%가 원자력 발전소에서 나오므로 대부분 탄소가 없기 때문입니다.

팀은 디자인에서 상호 작용 지점의 수를 1.8개에서 0.1개로 늘리면 FCC의 탄소 발자국이 더 개선될 수 있음을 발견했습니다. 이 시나리오에서 생성된 각 Higgs 입자는 XNUMXMWh의 에너지를 소비하고 XNUMX톤의 CO를 배출합니다.₂ 등가물.

Janot는 이 분석이 물리적 결과의 환경적 영향과 제안된 Higgs 공장 운영의 에너지 소비에 초점을 맞추고 있다고 덧붙였습니다. 그는 이것이 FCC에 대한 훨씬 더 큰 타당성 조사의 일부이며, 무엇보다도 프로젝트의 여러 단계가 환경에 미치는 영향을 다룰 것이라고 덧붙였습니다. 여기에는 예를 들어 터널 건설과 가속기의 설치 및 운영이 포함됩니다. 그러나 그는 "작동 중 에너지 소비가 고에너지 가속기의 탄소 발자국에 가장 큰 기여를 한다"고 지적합니다.

다른 요인

물리 학자 코테라 쿠미코 GRAND(Giant Array for Neutrino Detection) 프로젝트의 잠재적인 탄소 발자국 분석을 수행한 파리 소르본 대학교(Sorbonne University)의 물리 세계 Higgs boson 당 에너지 소비와 탄소 배출량은 현명한 비교입니다. 다만 코테라는 가속기의 에너지 소비량 외에 보다 정확한 탄소발자국 분석을 위해서는 데이터 분석 및 시뮬레이션과 관련된 에너지 소비량, 데이터 저장 등 기타 연계 디지털 기술도 고려해야 한다고 설명했다.

Kotera는 회원들의 해외 여행도 고려해야 한다고 덧붙였습니다. 하지만 이것이 가속기 운영 및 디지털 기술보다 에너지 소모가 적을 것이라고 생각합니다.

Janot는 CERN이 탄소 발자국을 줄이는 방법을 연구하고 있다고 덧붙이며 더 많은 일을 할 수 있다는 데 동의합니다. 여기에는 무엇보다도 에너지 회수, 저탄소 자원 사용을 극대화하기 위한 전기 소비 관리, 여행을 최소화하는 국제 협력 개발 방법이 포함됩니다.