การศึกษาวิจัยพบว่า Cool Copper Collider เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุดในบรรดาการออกแบบโรงงานของ Higgs - Physics World

การศึกษาวิจัยพบว่า Cool Copper Collider เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุดในบรรดาการออกแบบโรงงานของ Higgs - Physics World

ประทับเวลา: 15 พฤศจิกายน 2023 10:09 น

อุโมงค์ลำแสง Cool Copper Collider ที่เสนอ
การทำงานที่เย็นสบาย: การวิเคราะห์พบว่า Cool Copper Collider ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา หากสร้างขึ้น จะมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยรวมต่ำที่สุด เมื่อเทียบกับการออกแบบโรงงานของคู่แข่งอย่าง Higgs (เอื้อเฟื้อโดย: Emilio Nanni/ SLAC National Accelerator Laboratory)

การเปลี่ยนแปลงการดำเนินงานของโรงงาน Higgs ที่วางแผนไว้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่การก่อสร้างจะมีผลกระทบที่ใหญ่ที่สุดต่อการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยรวมของโรงงาน นั่นคือข้อสรุป ของการวิเคราะห์ ถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นของ เครื่องชนทองแดงเย็น (C3) – ผู้ที่ได้รับการเสนอชื่อเป็นผู้สืบทอดต่อจาก CERN เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่ (แอลเอชซี).

หลังการค้นพบฮิกส์โบซอน ในปี 2012 ที่ LHC นักฟิสิกส์อนุภาคกำลังวางแผนที่จะสร้างโรงงานที่เรียกว่าโรงงานฮิกส์ซึ่งจะทุบอิเล็กตรอนด้วยโพซิตรอนเพื่อให้สามารถตรวจสอบคุณสมบัติของฮิกส์โบซอนและอนุภาคอื่นๆ ได้ละเอียดยิ่งขึ้น

ขณะนี้มีข้อเสนอจำนวน XNUMX ข้อกับ เครื่องชนเชิงเส้นนานาชาติ (ILC) ในประเทศญี่ปุ่น C3 และฐานของ CERN เครื่องชนเชิงเส้นขนาดกะทัดรัด (CLIC) ทั้งหมดใช้ตัวเร่งเชิงเส้น ที่ อนาคต Circular Collider (FCC-ee) ที่ CERN และ เครื่องชนอิเล็กตรอนโพซิตรอนของจีน (CEPC) ในประเทศจีนเป็นเครื่องชนกันแบบวงกลม ค3 คือการออกแบบคอลไลเดอร์รุ่นใหม่ที่เสนอโดย ห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ในสหรัฐอเมริกา.

นักวิจัยพบว่า โดยทั่วไปแล้ว เครื่องเร่งปฏิกิริยาเชิงเส้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าการออกแบบวงกลม เนื่องจากขนาดที่กะทัดรัดทำให้การก่อสร้างง่ายขึ้นและลดปริมาณวัสดุที่ต้องการ แท้จริงแล้ว อุโมงค์สำหรับเครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมในอนาคตมีความยาวเกือบ 100 กม. ในขณะที่ตัวเลือกเชิงเส้นจะมีความยาวประมาณ 10 กม.

ความยาวที่แตกต่างกัน 10 เท่านี้ช่วยลดการใช้คอนกรีตซึ่งมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังช่วยให้วิธีการก่อสร้างง่ายขึ้นอีกด้วย โดยรวมแล้ว ทีมงานกล่าวว่าการสร้างอุโมงค์หลักสำหรับ FCC และ CEPC จะผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าประมาณ 578 และ 638 กิโลตัน (CO2e) ตามลำดับ เทียบกับ CO 73 และ 144 กิโลตัน2e สำหรับอุโมงค์หลักของ CLIC และ C3ตามลำดับ

การอภิปรายใหม่

เมื่อพูดถึงการใช้พลังงานในการทำงานโดยรวมของตัวชนที่เสนอ พบว่า CEPC สูงที่สุดโดยมี CLIC ต่ำที่สุด และอีกสามตัวที่เหลือยังคงใกล้เคียงกัน การวิเคราะห์นี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น การใช้พลังงาน ปีการทำงานที่คาดหวัง และการชนกันของอนุภาคต่อปี นักวิจัยยังคาดการณ์ด้วยว่าสิ่งอำนวยความสะดวกด้านพลังงานทดแทนโดยเฉพาะ เช่น โซลาร์ฟาร์ม อาจมีความเข้มข้นของคาร์บอนประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้โดยเครื่องชนกันในอนาคต

แต่นักฟิสิกส์อนุภาค SLAC คาเทรินา แวร์นิเอรี และเพื่อนร่วมงานแย้งว่าสิ่งสำคัญคือผลกระทบทางวิทยาศาสตร์จะต้องมีความสมดุลกับต้นทุนและความพยายามด้านสิ่งแวดล้อม (พีอาร์เอ็กซ์ เอ็นเนอร์จี 2 047001). แม้ว่า CLIC จะมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยรวมต่ำที่สุด แต่ก็แนะนำว่า C3 จะเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุดในแง่ของผลลัพธ์ทางฟิสิกส์ เนื่องจากมีผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมใกล้เคียงกับ CLIC แต่จะดำเนินการพิจารณาคุณสมบัติของฮิกส์โบซอนได้อย่างแม่นยำ

เราจำเป็นต้องคิดถึงไม่เพียงแต่ในแง่ของต้นทุนทางการเงิน แต่ยังรวมถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมด้วย

คาเทรินา แวร์นิเอรี

ทีมงานพบว่าวิธีที่ง่ายที่สุดในการลดผลกระทบด้านคาร์บอนของโรงงาน Higgs ในอนาคตคือการลดการใช้พลังงาน การวิเคราะห์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการปรับแต่งการทำงานของ klystrons ซึ่งรับผิดชอบในการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนลำแสง เช่นเดียวกับโครงสร้างของลำแสงเอง เช่น การลดระยะห่างของพวง สามารถลดการใช้พลังงานของ C3 ตัวอย่างเช่นลำแสงประมาณ 40%

Vernieri กล่าวว่าเมื่อพิจารณาถึงต้นทุนมหาศาลและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การศึกษาความยั่งยืนของโครงการฟิสิกส์ถือเป็นสาขาใหม่แต่จำเป็น “เราจำเป็นต้องคิดไม่เพียงแต่ในแง่ของต้นทุนทางการเงินเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมด้วย” เธอกล่าว พร้อมเสริมว่าอย่างน้อยตอนนี้ก็มี “การอภิปรายใหม่ทั้งหมด” ที่กำลังตรวจสอบการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของฟิสิกส์อนุภาค

นักวิจัยยังกล่าวอีกว่าเป็นที่น่าสังเกตว่า CERN วางแผนที่จะนำอุโมงค์ FCC กลับมาใช้ใหม่เมื่อโรงงาน Higgs เสร็จสมบูรณ์ในฐานะเครื่องชนแฮดรอนพลังงานสูง แต่นี่ไม่จำเป็นต้องเป็นชัยชนะต่อสภาพอากาศที่ชัดเจน เนื่องจากจะต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานลำแสงใหม่ที่มีต้นทุนคาร์บอนในตัวเอง ทีมงานระบุว่าจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์วงจรชีวิตโดยละเอียดเพื่อระบุข้อได้เปรียบด้านสภาพอากาศที่เป็นไปได้ของการนำอุโมงค์ FCC มาใช้ซ้ำ ซึ่งอยู่นอกเหนือขอบเขตของการศึกษานี้

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์