歐洲核子研究中心(CERN)領(lǐng)導的一項分析指出,任何一臺超級對撞機都將長達數(shù)公里,消耗的能源相當于一個中等城市,但不同設(shè)計產(chǎn)生的
碳足跡也大不相同。
上個月發(fā)表在《歐洲物理雜志Plus》的一項研究發(fā)現(xiàn),CERN提出的一臺機器——位于瑞士日內(nèi)瓦附近的未來環(huán)形對撞機(FCC),只需要使用其最耗能的競爭對手1/6的能量,就可以達到同樣的物理目標。
長期支持建立FCC的作者說,考慮到CERN90%以上的電力來自無碳能源,如核能,F(xiàn)CC的碳足跡將僅為污染最嚴重的替代能源的1%。
CERN已經(jīng)擁有世界上最強大的粒子加速器——大型強子對撞機(LHC)。2012年,LHC發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子,這種粒子與賦予物質(zhì)質(zhì)量的場有關(guān),但LHC產(chǎn)生的希格斯玻色子很少。目前物理學家想要耗資數(shù)十億美元打造“希格斯工廠”,用來專門生產(chǎn)這種粒子,并希望通過對它們的精確研究,發(fā)現(xiàn)令人興奮的成果。
CERN的Patrick Janot和日內(nèi)瓦大學的粒子物理學家Alain Blondel,利用已公布的5個主要“希格斯工廠”的設(shè)計細節(jié),計算了每一個希格斯玻色子的能量消耗。除了FCC和中國提出的環(huán)形正負電子對撞機(CEPC)外,他們還研究了3個線性對撞機——日本計劃已久的國際線性對撞機(ILC)、CERN的緊湊型線性對撞機(CLIC)和美國緊湊型加速器“冷銅對撞機”(C3)。
研究每一個希格斯玻色子的能量消耗是有意義的,Janot說,因為“科學研究的能力與產(chǎn)生的希格斯玻色子數(shù)量直接相關(guān)”。環(huán)形對撞機的年能量消耗與線性對撞機相似,但它產(chǎn)生希格斯玻色子的速度更快,因此可以在更短時間內(nèi)達到相同的科學目標。
研究人員發(fā)現(xiàn),每產(chǎn)生一個希格斯玻色子,F(xiàn)CC將消耗3兆瓦時的電力;CEPC緊隨其后,每個玻色子的能量消耗為4.1兆瓦時;C3則因每個玻色子消耗能量18兆瓦時而墊底。
英國倫敦大學皇家霍洛威分院的粒子物理學家Veronique Boisvert說,在選擇下一臺加速器時,
碳排放和成本一樣重要。她補充說,作者的方法是估算這些排放量的第一步。但是,每一個設(shè)施的建造和退役所產(chǎn)生的
碳排放,以及探測器產(chǎn)生的溫室氣體,都沒有被納入這項研究中,這最終可能和它們運行時的碳足跡一樣重要。
未來,對撞機的碳足跡將是一個非常重要的問題。據(jù)《自然》雜志報道,中國科學院高能物理研究所所長王貽芳對此表示贊同。他說,這項研究的方法是合理的,但其使用的許多數(shù)據(jù)都是基于可能發(fā)生變化的假設(shè)。他補充說,與目前的估計相比,正在為CEPC改進技術(shù)的努力可以減少10%的能源消耗。
美國斯坦福大學粒子物理學家Caterina Vernieri說,C3背后的物理學家也在努力提高能源效率,并探索用可再生能源驅(qū)動運行的方法。
Boisvert說,事實上,許多潛在的東道國都計劃在2050年或更早之前實現(xiàn)零碳電網(wǎng)。
Janot說,目前,運行一臺對撞機的碳足跡通常比建造對撞機的碳足跡要大。他指出,當電力實現(xiàn)無碳排放時,與土木工程相關(guān)的排放量可能也會下降。如果算上建筑產(chǎn)生的排放,F(xiàn)CC每個希格斯玻色子的碳足跡大約會翻一番,但總排放量仍遠低于線性加速器單獨運行時的碳排放。
Janot說,在選擇建造世界上下一臺對撞機時考慮到環(huán)境問題有助于研究人員獲得政府和公眾的支持。
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