Cool Copper Collider najbardziej przyjazny dla środowiska spośród projektów fabryk Higgsa, stwierdza badanie – Physics World

Cool Copper Collider najbardziej przyjazny dla środowiska spośród projektów fabryk Higgsa, stwierdza badanie – Physics World

Znacznik czasu: 15 listopada 2023 10:09

Proponowany tunel belkowy Cool Copper Collider
Fajne działanie: analiza wykazała, że ​​amerykański Cool Copper Collider, gdyby został zbudowany, miałby najniższy ogólny ślad węglowy w porównaniu z konkurencyjnymi projektami fabrycznymi Higgsa. (Dzięki uprzejmości: Emilio Nanni/ Krajowe Laboratorium Akceleratorów SLAC)

Zmiany w działaniu planowanej fabryki Higgsa mogłyby znacznie poprawić jej efektywność energetyczną, ale budowa będzie miała największy wpływ na ogólny ślad węglowy zakładu. Taki jest wniosek analizy potencjalnego wpływu na środowisko Fajny miedziany zderzacz (C3) – proponowany następca CERN-u Wielki Zderzacz Hadronów (LHC).

Po odkryciu bozonu Higgsa w 2012 roku w LHC fizycy cząstek planują zbudować tzw. fabrykę Higgsa, która będzie rozbijać elektrony z pozytonami, co umożliwi bardziej szczegółowe badanie właściwości bozonu Higgsa i innych cząstek.

Obecnie istnieje pięć propozycji ws Międzynarodowy zderzacz liniowy (ILC) w Japonii, C3 i oparte na CERN Kompaktowy zderzacz liniowy (CLIC) wszystkie oparte na akceleratorach liniowych. The Przyszłe zderzaki kołowe (FCC-ee) w CERN i Chiński zderzacz elektronów pozytonów (CEPC) w Chinach to natomiast zderzacze kołowe. C3 to nowsza konstrukcja zderzacza zaproponowana przez firmę SLAC National Accelerator Laboratory w Stanach Zjednoczonych.

Naukowcy odkryli, że ogólnie rzecz biorąc, akceleratory liniowe są bardziej przyjazne dla środowiska niż konstrukcje kołowe. Dzieje się tak dlatego, że ich kompaktowe rozmiary upraszczają konstrukcję i zmniejszają ilość potrzebnego materiału. Rzeczywiście długość tuneli dla przyszłych akceleratorów kołowych zbliża się do 100 km, podczas gdy opcje liniowe mają długość około 10 km.

Ta 10-krotna różnica długości znacznie zmniejsza zużycie betonu, który powoduje znaczny ślad węglowy, ale także pozwala na prostsze metody budowy. Ogólnie rzecz biorąc, zespół twierdzi, że budowa głównych tuneli dla FCC i CEPC wytworzyłaby około 578 i 638 kiloton ekwiwalentu dwutlenku węgla (CO2e), odpowiednio w porównaniu z 73 i 144 kilotonami CO2e dla głównych tuneli CLIC i C3, Odpowiednio.

Nowa dyskusja

Jeśli chodzi o całkowite zużycie energii operacyjnej proponowanych zderzaczy, stwierdzono, że CEPC jest najwyższy, CLIC najniższy, a pozostałe trzy pozostają podobne. Analizę tę oparto na takich czynnikach, jak zużycie energii, przewidywane lata eksploatacji i roczne zderzenia cząstek. Naukowcy szacują również, że wyspecjalizowane obiekty wykorzystujące energię odnawialną, takie jak farmy słoneczne, mogłyby zmniejszyć intensywność emisji dwutlenku węgla w ilości energii elektrycznej wykorzystywanej przez jakikolwiek przyszły zderzacz o mniej więcej połowę.

Jednak fizyk cząstek SLAC Katarzyna Vernieri i współpracownicy twierdzą, że ważne jest również, aby wpływ naukowy był zrównoważony kosztami i wysiłkami dla środowiska (PRX Energia 2 047001). Chociaż CLIC będzie miał najniższy ogólny ślad węglowy, sugerują, że C3 byłby najbardziej przyjazny dla środowiska pod względem wyników fizycznych. Dzieje się tak dlatego, że wywiera podobny ślad na środowisko jak CLIC, ale pozwala na precyzyjne określenie właściwości bozonów Higgsa.

Musimy myśleć nie tylko pod kątem kosztów finansowych, ale także wpływu na środowisko

Katarzyna Vernieri

Zespół odkrył, że najłatwiejszym sposobem zmniejszenia wpływu przyszłej fabryki Higgsa na emisję dwutlenku węgla jest zmniejszenie jej zużycia energii. Ich analiza pokazuje, że zmiany w działaniu klistronów – odpowiedzialnych za tworzenie pól elektromagnetycznych napędzających wiązki – a także w strukturze samej wiązki, takie jak zmniejszenie odstępu między pęczkami, mogą zmniejszyć zużycie energii przez C3 belkę, na przykład o około 40%.

Vernieri twierdzi, że biorąc pod uwagę ich ogromne koszty i wpływ na środowisko, badanie trwałości projektów z zakresu fizyki jest nową, ale niezbędną dziedziną. „Musimy myśleć nie tylko w kategoriach kosztów finansowych, ale także wpływu na środowisko” – mówi, dodając, że przynajmniej toczy się teraz „zupełnie nowa dyskusja”, która dotyczy śladu węglowego fizyki cząstek elementarnych.

Naukowcy twierdzą również, że warto zauważyć, że CERN planuje ponowne wykorzystanie tunelu FCC po zakończeniu prac jako fabryki Higgsa jako wysokoenergetycznego zderzacza hadronów. Jednak niekoniecznie byłoby to jednoznaczne zwycięstwo klimatyczne, ponieważ wymagałoby nowej infrastruktury linii badawczych, która wiązałaby się z własnymi kosztami emisji. Zespół stwierdza, że ​​w celu określenia możliwych korzyści klimatycznych wynikających z ponownego wykorzystania tunelu FCC wymagana byłaby szczegółowa analiza cyklu życia, co wykracza poza zakres tego badania.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki