Cool Copper Collider mest miljövänlig bland Higgs fabriksdesigner, finner studie – Physics World

Cool Copper Collider mest miljövänlig bland Higgs fabriksdesigner, finner studie – Physics World

Tidsstämpel: 15 november 2023 10:09

Föreslagen Cool Copper Collider stråltunnel
Coola körningar: en analys visar att den USA-baserade Cool Copper Collider skulle, om den byggdes, ha det lägsta totala koldioxidavtrycket jämfört med rivaliserande Higgs fabriksdesigner. (Med tillstånd: Emilio Nanni/ SLAC National Accelerator Laboratory)

Ändringar av driften av en planerad Higgs-fabrik kan avsevärt förbättra dess energieffektivitet, men konstruktionen kommer att ha den största inverkan på anläggningens totala koldioxidavtryck. Det är slutsatsen av en analys av den potentiella miljöpåverkan Cool Copper Collider (C3) – en föreslagen efterträdare till CERN:s Large Hadron Collider (LHC).

Efter upptäckten av Higgs boson 2012 vid LHC planerar partikelfysiker att bygga en så kallad Higgs-fabrik som skulle krossa elektroner med positroner för att möjliggöra en mer detaljerad undersökning av egenskaperna hos Higgs-bosonen och andra partiklar.

Det finns för närvarande fem förslag med Internationell linjär kolliderare (ILC) i Japan, C3 och CERN-baserade Kompakt linjär kolliderare (CLIC) alla baserade på linjäracceleratorer. De Framtida Circular Collider (FCC-ee) vid CERN och China Electron Positron Collider (CEPC) i Kina är samtidigt cirkulära kolliderare. C3 är en nyare kolliderdesign föreslagen av SLAC National Accelerator Laboratory i USA.

Forskarna fann att linjäracceleratorer i allmänhet är mer miljövänliga än cirkulära konstruktioner. Detta beror på att deras kompakta storlek förenklar konstruktionen och minskar mängden material som behövs. Faktum är att tunnellängder för framtida cirkulära acceleratorer närmar sig 100 km, medan de linjära alternativen är cirka 10 km långa.

Denna 10-faldiga längdskillnad minskar avsevärt användningen av betong, som har ett betydande koldioxidavtryck, men möjliggör också enklare konstruktionsmetoder. Sammantaget säger teamet att byggandet av huvudtunnlarna för FCC och CEPC skulle producera cirka 578 och 638 kiloton koldioxidekvivalenter (CO2e), jämfört med 73 respektive 144 kiloton CO2e för huvudtunnlarna i CLIC och C3, Respektive.

En ny diskussion

När det gäller den totala driftenergiförbrukningen för de föreslagna kolliderarna, visade sig CEPC vara den högsta med CLIC den lägsta och de andra tre förblev lika. Denna analys baserades på faktorer som strömförbrukning, förväntade driftsår och partikelkollisioner per år. Forskarna uppskattar också att dedikerade anläggningar för förnybar energi, såsom solgårdar, kan ungefär hälften av kolintensiteten av den el som används av alla framtida kolliderar.

Ändå SLAC partikelfysiker Caterina Vernieri och kollegor hävdar att det också är viktigt att vetenskaplig påverkan balanseras mot miljökostnader och miljöansträngningar (PRX energi 2 047001). Medan CLIC kommer att ha det lägsta totala koldioxidavtrycket, föreslår de att C3 skulle vara det mest miljövänliga när det gäller fysikproduktion. Detta beror på att det har ett liknande miljöavtryck än CLIC men skulle utföra en exakt bestämning av Higgs bosons egenskaper.

Vi måste tänka inte bara i termer av finansiella kostnader, utan också miljöpåverkan

Caterina Vernieri

Teamet fann att det enklaste sättet att minska koldioxidpåverkan från en framtida Higgs-fabrik är att minska dess energianvändning. Deras analys visar att justeringar av klystronernas funktion – som är ansvariga för att skapa de elektromagnetiska fälten som driver strålarna – såväl som till själva strålens struktur, såsom att minska buntavstånd, kan minska energiförbrukningen för C:n3 stråle, till exempel med cirka 40 %.

Vernieri säger att med tanke på deras enorma kostnader och miljöpåverkan är det ett nytt men nödvändigt område att studera hållbarheten i fysikprojekt. "Vi måste tänka inte bara i termer av finansiella kostnader, utan också miljöpåverkan", säger hon och tillägger att det åtminstone nu finns en "helt ny diskussion" som undersöker partikelfysikens koldioxidavtryck.

Forskarna säger också att det är värt att notera att CERN planerar att återanvända FCC-tunneln när dess arbete som en Higgs-fabrik är färdigt som en högenergi-hadronkolliderare. Ändå skulle detta inte nödvändigtvis vara en tydlig klimatvinst eftersom det skulle kräva ny beamline-infrastruktur med sina egna koldioxidkostnader. Teamet säger att en detaljerad livscykelanalys skulle krävas för att fastställa de möjliga klimatfördelarna med att återanvända FCC-tunneln, vilket ligger utanför denna studies omfattning.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden