气候议程渗透粒子物理学

 电力生产的碳足迹

基本粒子物理学的研究需要大量的能量输入,因此会间接影响气候。 如何在不影响正在解决的科学问题的情况下优化能源消耗和减少基础研究对环境的影响,这不是闲散的,根本不是简单的问题。 尽管它们以前曾提出过,但在去年,致力于基本粒子物理学研究的能源和环境方面的出版物和活动有所增加。 于是,会议在前几天结束了 可持续的 HEP在可持续发展的背景下讨论了粒子物理学的未来。 倡议 HECAP 的可持续性 正在准备一篇关于粒子物理学和天体物理学现状的详细论文。 而在最近的一次 出版物 首次比较了未来希格斯工厂的五个项目生产的每个希格斯玻色子的能耗和温室气体排放量。 在未来几年,我们可以期待此类出版物和活动的增加。

转向节能技术,减少温室气体排放,数不胜数 碳足迹 更广泛地说,寻找新的机会以尽量减少人类对环境的影响——所有这些问题不仅已成为新技术的组成部分,而且已成为日常生活的组成部分。 进步就是进步,但不再可能不考虑环境因素而采取行动。 气候议程也没有绕过基本粒子物理学。 如果早些时候提到节能技术和对撞机实验对气候的影响是偶发的,那么现在越来越多的出版物专门讨论这个话题,甚至举办了单独的研讨会。

实验粒子物理学是基础研究中非常耗能的领域。 优化能源消耗的需要不仅是由气候因素引起的,而且是由预算限制引起的。 当然,在设计新的对撞机时,总是寻求在能耗方面尽可能高效的解决方案。 例如,如果没有超导磁体,大型强子对撞机的工作将是不可想象的——如果使用普通导体,能量损失和运营成本将太大。 CERN 也在朝着这个方向迈出新的步伐; 他们在最近的一个话题中被提及 欧洲核子研究中心报告,以及在流行的注释中 更少,更好,恢复 在版中 欧洲核子研究组织信使. 然而,欧洲核子研究中心在夏季,当大型强子对撞机全速运行时,能源消耗是巨大的,而且 达到 峰值功率200兆瓦。 在冬季,当电力成本高得多时,电力消耗降至 80 兆瓦,主要是因为大型强子对撞机和其他加速器在冬季关闭。

CERN 的能源优化不仅涉及科学设备本身,还涉及中心的整个基础设施,首先是场地的平庸变暖。 与此同时,欧洲核子研究中心正在探索部分转换为太阳能的可能性,或者在家里发电,为数百个欧洲核子研究中心的建筑物配备太阳能电池板,或者通过北非太阳能发电厂的计划水下电力线接收太阳能(图 2) )。

米。 2. 连接北非太阳能发电厂与 CERN 的电缆传输线项目

应该补充的是,今年由于电价急剧上涨,欧洲即将发生能源危机,加剧了这种情况。 所以,在他最近 面试 报纸 华尔街日报CERN 电力协调小组主席 Serge Claudet 表示,该实验室正在制定一项计划,在法国电力需求高峰期间关闭包括 LHC 在内的一些加速器。 欧洲的其他研究中心也面临着类似的困难(见注 欧洲的能源危机冲击科学 在杂志上 科学)。

用于“蚕食宇宙的花岗岩”的电力不仅用于欧洲核子研究中心。 分布式计算机网络 网格,存储和传输数百 PB 的对撞机数据,数百个计算中心日以继夜地进行碰撞分析或执行模拟——所有这些都需要能源并留下气候足迹。 这意味着我们还应该考虑如何优化粒子物理的资源密集型计算。 这个问题并不新鲜:早在 2010 年代,一系列研讨会 研究基础设施中的可持续科学能源致力于优化大型研究中心的能源消耗。

气候和环境方面不仅限于能源消耗。 例如,CERN 维护并公开发布 统计数据 温室气体和其他挥发性化合物的排放、用水、废物管理和中心运营的其他方面。 最后,物理学家定期(有人可能会说是多余的)飞行进行科学访问和参加会议也是一个讨论主题。 来自世界各地的数以万计的科学家每年都会访问同一个欧洲核子研究中心。 两年的疫情表明,某些形式的会议和科学交流可以在线转移,但当然不是全部,在考虑到所有不确定性的情况下寻求平衡也并不明显。

需要与广泛的专家社区讨论所有这些问题的严重性以及在这里可以做些什么,这促使物理学家去年组织了第一次研讨会 可持续的 HEP,可以解读为“符合可持续发展的粒子物理学的未来”。 前几天,从 9 月 5 日至 7 日, 第二次会议 从这个系列。 两次会议都是在线举行的,汇集了数百名不同类型的专家。 两次会议演讲的所有材料都可以在活动日程的页面上找到(可持续的 HEP, 可持续 HEP — 2)。

2022年3月,出版刊物出现 粒子物理学的气候影响 简要概述粒子物理学中的当前气候状况和建议,至少对美国物理学家而言。 与此同时,一群有爱心的科学家发起了一项倡议 HECAP 的可持续性 寻求机会,以尽量减少粒子物理学和天体物理学研究对气候的影响。 目前,一个作者团队正在准备一份文件,以修复事态并提出建议。 其当前版本于 9 月 6 日发布,有近 100 页的文字,可在该倡议的网站上找到。

最后,发表研究和特定科学装置对气候的影响。 在文章中 拟议电子的碳足迹+e 希格斯工厂,于 8 月底出现在电子预印本档案中,讨论了希格斯工厂的碳足迹——未来的正负电子对撞机,为研究希格斯玻色子而加强(见物理学家讨论“希格斯工厂”的选项) ,“元素”,2013 年 12 月 19 日)。 迄今为止,有五个复杂程度不同的项目依赖于不同的技术; 将实施哪种方案尚未决定。 该出版物的作者利用技术数据和预期的科学回报,试图在两个数量上比较五个项目:能源消耗和对撞机产生的每个希格斯玻色子的碳足迹(图 3)。 估计表明,这两个参数的领先者是 FCC-ee 循环对撞机的 CERN 项目(提出了未来 FCC 对撞机的详细设计,“元素”,2019 年 1 月 22 日)。


米。 三、未来希格斯工厂5个项目的能耗对比

资源: 帕特里克·雅诺特,阿兰·布隆德尔。 拟议电子的碳足迹+e 希格斯工厂 // 预印本 [arXiv:2208.10466].

伊戈尔·伊万诺夫



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