Nghiên cứu phát hiện Máy va chạm đồng mát thân thiện với môi trường nhất trong số các thiết kế nhà máy Higgs

Nghiên cứu phát hiện Máy va chạm đồng mát thân thiện với môi trường nhất trong số các thiết kế nhà máy Higgs

Dấu thời gian: Ngày 15 tháng 2023 năm 10 09:XNUMX sáng

Đề xuất đường hầm chùm tia máy va chạm đồng mát
Vận hành mát mẻ: một phân tích cho thấy rằng Cool Copper Collider có trụ sở tại Hoa Kỳ, nếu được chế tạo, sẽ có lượng khí thải carbon tổng thể thấp nhất so với các thiết kế của nhà máy Higgs đối thủ. (Được phép: Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Emilio Nanni/ SLAC)

Những thay đổi trong hoạt động của một nhà máy Higgs theo kế hoạch có thể cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng của nó, nhưng việc xây dựng sẽ có tác động lớn nhất đến lượng khí thải carbon tổng thể của cơ sở. Đó là kết luận của một phân tích về tác động môi trường tiềm tàng của Máy va chạm đồng mát (C3) – một dự án kế thừa được đề xuất cho CERN Large Hadron Collider (LHC).

Sau khi phát hiện ra boson Higgs Vào năm 2012 tại LHC, các nhà vật lý hạt đang lên kế hoạch xây dựng cái gọi là nhà máy Higgs có thể đập vỡ các electron bằng positron để cho phép nghiên cứu chi tiết hơn về các tính chất của boson Higgs và các hạt khác.

Hiện tại có năm đề xuất với Máy va chạm tuyến tính quốc tế (ILC) tại Nhật Bản, C3 và dựa trên CERN Máy gia tốc tuyến tính nhỏ gọn (CLIC) đều dựa trên máy gia tốc tuyến tính. Các Máy va chạm tròn tương lai (FCC-ee) tại CERN và Máy va chạm Positron Electron Trung Quốc (CEPC) ở Trung Quốc trong khi đó lại là những máy va chạm hình tròn. C3 là một thiết kế máy va chạm mới hơn được đề xuất bởi Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC tại Hoa Kỳ.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, nhìn chung, máy gia tốc tuyến tính thân thiện với môi trường hơn so với thiết kế hình tròn. Điều này là do kích thước nhỏ gọn của chúng giúp đơn giản hóa việc xây dựng và giảm lượng vật liệu cần thiết. Thật vậy, chiều dài đường hầm cho các máy gia tốc tròn trong tương lai có thể đạt tới 100 km, trong khi các phương án tuyến tính dài khoảng 10 km.

Sự khác biệt về chiều dài gấp 10 lần này làm giảm đáng kể việc sử dụng bê tông, loại bê tông có lượng khí thải carbon đáng kể, nhưng cũng cho phép các phương pháp xây dựng đơn giản hơn. Nhìn chung, nhóm nghiên cứu cho biết việc xây dựng các đường hầm chính cho FCC và CEPC sẽ tạo ra khoảng 578 và 638 kiloton COXNUMX tương đương (CO2e), tương ứng, so với 73 và 144 kiloton CO2e cho các đường hầm chính của CLIC và C3, Tương ứng.

Một cuộc thảo luận mới

Khi nói đến mức tiêu thụ năng lượng vận hành tổng thể của các máy va chạm được đề xuất, CEPC được cho là cao nhất với CLIC thấp nhất và ba máy còn lại tương tự. Phân tích này dựa trên các yếu tố như mức tiêu thụ điện năng, số năm hoạt động dự kiến ​​và số lần va chạm hạt mỗi năm. Các nhà nghiên cứu cũng ước tính rằng các cơ sở năng lượng tái tạo chuyên dụng, chẳng hạn như trang trại năng lượng mặt trời, có thể tạo ra gần một nửa cường độ carbon của điện năng được sử dụng bởi bất kỳ máy va chạm nào trong tương lai.

Tuy nhiên, nhà vật lý hạt SLAC Caterina Vernieri và các đồng nghiệp cho rằng điều quan trọng là tác động khoa học phải được cân bằng với chi phí và nỗ lực môi trường (Năng lượng PRX 2 047001). Mặc dù CLIC sẽ có lượng khí thải carbon tổng thể thấp nhất nhưng họ cho rằng C3 sẽ thân thiện với môi trường nhất về mặt sản lượng vật lý. Điều này là do nó có tác động môi trường tương tự như CLIC nhưng sẽ tiến hành xác định chính xác các đặc tính của boson Higgs.

Chúng ta cần suy nghĩ không chỉ về chi phí tài chính mà còn về tác động môi trường

Caterina Vernieri

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng cách dễ nhất để giảm tác động carbon của nhà máy Higgs trong tương lai là giảm mức sử dụng năng lượng. Phân tích của họ cho thấy rằng việc điều chỉnh hoạt động của klystron – chịu trách nhiệm tạo ra trường điện từ điều khiển các chùm tia – cũng như đối với cấu trúc của chùm tia như giảm khoảng cách giữa các chùm, có thể làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của C.3 chùm tia, ví dụ, khoảng 40%.

Vernieri nói rằng với chi phí khổng lồ và tác động môi trường, việc nghiên cứu tính bền vững của các dự án vật lý là một lĩnh vực mới nhưng cần thiết. “Chúng ta cần phải suy nghĩ không chỉ về mặt chi phí tài chính mà còn về tác động môi trường,” cô nói, đồng thời cho biết thêm rằng ít nhất hiện nay đã có một “cuộc thảo luận hoàn toàn mới” đang kiểm tra dấu chân carbon của vật lý hạt.

Các nhà nghiên cứu cũng cho biết điều đáng chú ý là CERN có kế hoạch tái sử dụng đường hầm FCC sau khi công việc của nó như một nhà máy Higgs hoàn thành như một máy va chạm hadron năng lượng cao. Tuy nhiên, đây không nhất thiết phải là một chiến thắng rõ ràng về khí hậu vì nó sẽ đòi hỏi cơ sở hạ tầng đường truyền tia mới với chi phí carbon riêng. Nhóm nghiên cứu cho biết cần phải phân tích chi tiết vòng đời để xác định những lợi ích có thể có về khí hậu khi tái sử dụng đường hầm FCC, điều này nằm ngoài phạm vi của nghiên cứu này.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý