Cool Copper Collider mest miljøvennlig blant Higgs fabrikkdesign, finner studie – Physics World

Cool Copper Collider mest miljøvennlig blant Higgs fabrikkdesign, finner studie – Physics World

Tidsstempel: 15. november 2023, kl

Foreslått Cool Copper Collider stråletunnel
Kule løp: en analyse finner at den USA-baserte Cool Copper Collider, hvis den ble bygget, ville ha det laveste totale karbonavtrykket sammenlignet med rivaliserende Higgs fabrikkdesign. (Med tillatelse: Emilio Nanni/ SLAC National Accelerator Laboratory)

Endringer i driften av en planlagt Higgs-fabrikk kan forbedre energieffektiviteten betydelig, men konstruksjonen vil ha størst innvirkning på anleggets samlede karbonavtrykk. Det er konklusjonen av en analyse av den potensielle miljøpåvirkningen av Kul Copper Collider (C3) – en foreslått etterfølger til CERNs Large Hadron Collider (LHC).

Etter oppdagelsen av Higgs-bosonet i 2012 ved LHC planlegger partikkelfysikere å bygge en såkalt Higgs-fabrikk som vil knuse elektroner med positroner for å tillate mer detaljert undersøkelse av egenskapene til Higgs-bosonet og andre partikler.

Det er for tiden fem forslag med Internasjonal lineær kolliderer (ILC) i Japan, C3 og CERN-basert Kompakt lineær kolliderer (CLIC) alt basert på lineære akseleratorer. De Future Circular Collider (FCC-ee) ved CERN og Kina Electron Positron Collider (CEPC) i Kina er i mellomtiden sirkulære kolliderere. C3 er en nyere kolliderdesign foreslått av SLAC National Accelerator Laboratory i USA.

Forskerne fant at lineære akseleratorer generelt sett er mer miljøvennlige enn sirkulære design. Dette er fordi deres kompakte størrelse forenkler konstruksjonen og reduserer mengden materiale som trengs. Tunnellengder for fremtidige sirkulære akseleratorer nærmer seg faktisk 100 km, mens de lineære alternativene er rundt 10 km lange.

Denne 10-doble forskjellen i lengde reduserer bruken av betong betydelig, som har et betydelig karbonavtrykk, men gir også mulighet for enklere konstruksjonsmetoder. Totalt sett sier teamet at å bygge hovedtunnelene for FCC og CEPC vil produsere rundt 578 og 638 kilotonn karbondioksidekvivalenter (CO2e), sammenlignet med henholdsvis 73 og 144 kilotonn CO2e for hovedtunnelene til CLIC og C3Hhv.

En ny diskusjon

Når det gjelder det totale driftsenergiforbruket til de foreslåtte kolliderene, ble CEPC funnet å være den høyeste med CLIC den laveste og de tre andre forble like. Denne analysen var basert på faktorer som strømforbruk, forventet driftsår og partikkelkollisjoner per år. Forskerne anslår også at dedikerte anlegg for fornybar energi, som solfarmer, kan omtrent halve karbonintensiteten til elektrisiteten som brukes av enhver fremtidig kolliderer.

Likevel SLAC partikkelfysiker Caterina Vernieri og kolleger hevder at det også er viktig at vitenskapelig påvirkning balanseres mot miljøkostnader og innsats (PRX energi 2 047001). Mens CLIC vil ha det laveste totale karbonavtrykket, foreslår de at C3 ville være den mest miljøvennlige når det gjelder fysikkutgang. Dette er fordi det har et lignende miljøfotavtrykk enn CLIC, men vil utføre en nøyaktig bestemmelse av Higgs bosons egenskaper.

Vi må tenke ikke bare i økonomiske kostnader, men også miljøpåvirkning

Caterina Vernieri

Teamet fant ut at den enkleste måten å redusere karbonpåvirkningen til en fremtidig Higgs-fabrikk er å redusere strømforbruket. Analysen deres viser at justeringer av funksjonene til klystronene – som er ansvarlige for å skape de elektromagnetiske feltene som driver strålene – så vel som strukturen til selve strålen, som å redusere buntavstanden, kan redusere energiforbruket til C-en.3 stråle, for eksempel med ca. 40%.

Vernieri sier at gitt deres enorme kostnader og miljøpåvirkning er det å studere bærekraften til fysikkprosjekter et nytt, men nødvendig felt. "Vi må tenke ikke bare i form av økonomiske kostnader, men også miljøpåvirkning," sier hun, og legger til at det i det minste nå er en "helt ny diskusjon" som undersøker karbonavtrykket til partikkelfysikk.

Forskerne sier også at det er verdt å merke seg at CERN planlegger å gjenbruke FCC-tunnelen når arbeidet som en Higgs-fabrikk er fullført som en høyenergi-hadronkolliderer. Likevel vil ikke dette nødvendigvis være en klar klimagevinst, da det ville kreve ny beamline-infrastruktur med egne karbonkostnader. Teamet uttaler at en detaljert livssyklusanalyse vil være nødvendig for å bestemme de mulige klimafordelene ved å gjenbruke FCC-tunnelen, noe som ligger utenfor rammen av denne studien.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden