Cool Copper Collider meest milieuvriendelijke onder de Higgs-fabrieksontwerpen, vindt studie - Physics World

Cool Copper Collider meest milieuvriendelijke onder de Higgs-fabrieksontwerpen, vindt studie - Physics World

Tijdstempel: 15 november 2023 10:09 uur

Voorgestelde Cool Copper Collider-straaltunnel
Cool running: uit een analyse blijkt dat de in de VS gevestigde Cool Copper Collider, indien gebouwd, de laagste totale ecologische voetafdruk zou hebben vergeleken met concurrerende Higgs-fabrieksontwerpen. (Met dank aan Emilio Nanni/SLAC National Accelerator Laboratory)

Veranderingen in de werking van een geplande Higgs-fabriek zouden de energie-efficiëntie aanzienlijk kunnen verbeteren, maar de bouw zal de grootste impact hebben op de totale ecologische voetafdruk van de fabriek. Dat is de conclusie van een analyse van de mogelijke gevolgen voor het milieu van de Coole koperen botsing (C3) – een voorgestelde opvolger van CERN Large Hadron Collider (LHC).

Na de ontdekking van het Higgsdeeltje In 2012 zijn deeltjesfysici van plan om bij de LHC een zogenaamde Higgs-fabriek te bouwen die elektronen met positronen zou vernietigen om meer gedetailleerd onderzoek naar de eigenschappen van het Higgs-deeltje en andere deeltjes mogelijk te maken.

Er zijn momenteel vijf voorstellen met de Internationale Lineaire Collider (ILC) in Japan, de C3 en het CERN-gebaseerde Compacte lineaire Collider (CLIC), allemaal gebaseerd op lineaire versnellers. De Toekomstige Circulaire Collider (FCC-ee) bij CERN en de Chinese elektronenpositronenbotser (CEPC) in China zijn intussen cirkelvormige botsingen. C3 is een nieuwer botsingsontwerp voorgesteld door de SLAC National Accelerator Laboratory in de Verenigde Staten.

De onderzoekers ontdekten dat lineaire versnellers over het algemeen milieuvriendelijker zijn dan circulaire ontwerpen. Dit komt omdat hun compacte formaat de constructie vereenvoudigt en de benodigde hoeveelheid materiaal vermindert. De tunnellengte voor toekomstige cirkelvormige versnellers nadert zelfs een lengte van 100 km, terwijl de lineaire opties ongeveer 10 km lang zijn.

Dit tienvoudige lengteverschil vermindert aanzienlijk het gebruik van beton, wat een aanzienlijke ecologische voetafdruk heeft, maar maakt ook eenvoudigere bouwmethoden mogelijk. In totaal zegt het team dat het bouwen van de belangrijkste tunnels voor de FCC en CEPC ongeveer 10 en 578 kiloton kooldioxide-equivalenten (CO638) zou produceren.2e), vergeleken met respectievelijk 73 en 144 kiloton CO2e voor de hoofdtunnels van de CLIC en C3, Respectievelijk.

Een nieuwe discussie

Als het gaat om het totale operationele energieverbruik van de voorgestelde botsers, bleek de CEPC het hoogste te zijn, terwijl CLIC het laagste was en de andere drie vergelijkbaar bleven. Deze analyse was gebaseerd op factoren zoals energieverbruik, verwachte bedrijfsjaren en deeltjesbotsingen per jaar. De onderzoekers schatten ook dat speciale faciliteiten voor hernieuwbare energie, zoals zonneparken, ongeveer de helft van de koolstofintensiteit zouden kunnen hebben van de elektriciteit die door een toekomstige botsing wordt gebruikt.

Toch is SLAC deeltjesfysicus Caterina Vernieri en collega's betogen dat het ook belangrijk is dat de wetenschappelijke impact wordt afgewogen tegen de kosten en inspanningen voor het milieu (PRX-energie 2 047001). Hoewel CLIC de laagste totale COXNUMX-voetafdruk zal hebben, suggereren ze dat C3 zou het meest milieuvriendelijk zijn in termen van natuurkundige output. Dit komt omdat het een vergelijkbare ecologische voetafdruk heeft als CLIC, maar een nauwkeurige bepaling van de eigenschappen van de Higgs-bosonen zou uitvoeren.

We moeten niet alleen denken aan de financiële kosten, maar ook aan de impact op het milieu

Caterina Vernieri

Het team ontdekte dat de eenvoudigste manier om de COXNUMX-impact van een toekomstige Higgs-fabriek te verlagen, is door het energieverbruik te verminderen. Uit hun analyse blijkt dat aanpassingen aan de werking van de klystrons – verantwoordelijk voor het creëren van de elektromagnetische velden die de bundels aandrijven – en aan de structuur van de bundel zelf, zoals het verkleinen van de bosafstand, het energieverbruik van de C kunnen verminderen.3 straal bijvoorbeeld met ongeveer 40%.

Vernieri zegt dat het bestuderen van de duurzaamheid van natuurkundeprojecten, gezien de enorme kosten en de gevolgen voor het milieu, een nieuw maar noodzakelijk vakgebied is. “We moeten niet alleen denken in termen van financiële kosten, maar ook in termen van impact op het milieu”, zegt ze, eraan toevoegend dat er nu in ieder geval een “geheel nieuwe discussie” is ontstaan ​​die de koolstofvoetafdruk van de deeltjesfysica onderzoekt.

De onderzoekers zeggen ook dat het de moeite waard is om op te merken dat CERN van plan is de FCC-tunnel opnieuw te gebruiken zodra zijn werk als Higgs-fabriek voltooid is als een hoogenergetische hadron-botser. Toch zou dit niet noodzakelijkerwijs een duidelijke klimaatwinst zijn, omdat hiervoor een nieuwe bundellijninfrastructuur nodig zou zijn met zijn eigen koolstofkosten. Het team stelt dat een gedetailleerde levenscyclusanalyse nodig zou zijn om de mogelijke klimaatvoordelen van het hergebruik van de FCC-tunnel te bepalen, wat buiten het bestek van deze studie valt.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld