你知道大型强子对撞机(LHC)吗?是不是听到这个名字就感觉和我们的生活有点远?在大家的脑海里,大型强子对撞机似乎只会和顶尖物理学家产生联系。如此高深莫测的高能物理学研究与我们的日常生活能有多大关系呢?然而,前段时间看到的一则新闻改变了小编的想法。


万博平台代理 今年间7月,欧洲核子研究中心(CERN)宣布,已经与法国地方当局签署了一份协议,考虑对LHC产生的热能进行回收利用,计划从2022年起,将回收的热能提供给附近的费内—伏尔泰社区,用于冬季供暖。


大型强子对撞机(LHC)将“兼职”供暖,是不是很新奇,这个“高大上”的科学装置,也要开始接地气了吗?


大型强子对撞机“兼职”供暖 绿色对撞机或成新趋势


LHC是何方神圣


万博平台代理 大型强子对撞机(Large hadron collider,简称LHC)是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器,位于瑞士日内瓦近郊,横跨法国和瑞士的边境,作为国际高能物理学研究之用。它能够将质子加速并使其对撞,以此帮助粒子物理科学家探索新的粒子,并量化研究这些微观粒子的物理性质。


万博平台代理 目前,共有来自全球约80多个国家的7000名科学家和工程师参与了设计、建造与仪器运行过程。2012年,大型强子对撞机成功发现了“上帝粒子”——希格斯玻色子,一时间,让它名声大噪。


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万博平台代理 其工作原理是在环形粒子加速器的内部,施加特定的电磁场,使两个被称之为“强子”的亚原子粒子束朝着相反的方向前进,最终相撞,产生新的粒子。这些粒子每运行一圈,就会获得更多的能量,直到能量达到指定的数值。


让非常小的微观粒子相撞,就如同让从相距10公里的两地发射出来的两根针相撞。简单来说就是将高度活跃的质子以超快速度撞击到一起,上演微缩版的“宇宙大爆炸”。


LHC“兼职”供暖


那么,这种研究粒子的科学装置,要如何为周边居民供暖呢??这还得从LHC产生的热能说起。


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万博平台代理 LHC是一个环圆形加速器,深埋于地下100米,它的环状隧道有 27 公里长,功率是百兆瓦量级,也就是一亿瓦量级。


大家都知道,能量在转化时会有一部分以热量形式流失。大型强子对撞机耗能巨大,这就意味着它会产生很多热量。所以,要想保持这一科学装置处于适宜的工作温度,就需要搭配庞大的冷却系统。


那用什么来进行冷却呢?没错,就是水冷系统,所以LHC其实也可以说是在“烧热水”。


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LHC“烧热水”的过程可以分为以下几步:


万博平台代理 首先将冷水注入冷却管道,使冷却管道中的水吸收设备产生的热量。


冷水吸收热量后变成热水。随后,把热水排出并收集,将其送入冷却塔降温。


热水经过降温之后变成冷水,再次被注入冷却管道中,形成一次循环。


据悉,现在的冷却管道是“内部小循环”,热量会在冷却塔中散失掉,无法为人们所用。


而现在科学家想把这种“内部循环”扩大化,将冷却管道变成大循环,把流出的热水导入到附近居民家中。于是,原本散失掉的热能就被利用了起来,起到了供暖的作用。


这样本来在冷却塔里白白浪费掉的热量,就能通过水暖的方式,变成居民家里的供暖来源了。


万博平台代理 由于供暖用水一般是循环流动,流入居民家的水在完成供暖使命后,仍会流回冷却管道,继续起到冷却作用,完成循环,也就是说供暖步骤代替了冷却塔。


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据估计,未来最多将有8000位居民的家可享受这种更低成本的供暖,同时此种供暖方式还能减少二氧化碳的排放。


工作人员正在检查大型强子对撞机隧道内的磁体阵列


“绿色对撞机”成新趋势


目前,用来连接LHC8号实验点和费内—伏尔泰社区的管道建设工作已经开始,预计2021年将进行热能回收系统初期测试,2022年费内—伏尔泰社区的部分居民就能享受上LHC提供的热能了。


“流出冷却管道的热水可达30摄氏度,这对于能源回收利用而言是非常有用的。”克劳德说。


高杰告诉记者,30摄氏度的冷却水属于低温热源,相比高温热源,回收利用的技术难度较大。CERN官网提供的示意图显示,供热管道可能会采用地热探针设备保存热量,减少管道的温度波动。


克劳德介绍,目前CERN已经进行多项研究并发现,LHC的2号实验点、5号实验点等也可用来为附近社区提供热能。同时他们还在考虑利用1号实验点收集的热能为CERN总部所在地的建筑供暖。


“‘绿色对撞机’已经成为新的课题,也是未来发展趋势。”高杰介绍,科学家正在研讨设计多种方法,将大型对撞机产生的高温热能或低温热能收集起来,充分实现能源回收利用。


万博平台代理 目前,科学家正在研讨设计多种方法,将大型对撞机产生的高温热能或低温热能收集起来,充分实现能源的回收利用。


除了利用冷却管道,科学家还提出一种大胆的设计方案:利用吸热性能强大,同时又不太容易散热的固体材料,充分吸收对撞机产生的热量,再将材料搬运到需要使用能源的地方散热。


目前,我国国内对大型对撞机的建设还存有争论,部分学者认为,粒子物理研究已经到了瓶颈期,花费巨资建造大型对撞机不一定会对该领域的研究起到帮助作用。


但是,如果中国物理学家提出的环形正负电子对撞机计划立项,未来中国对撞机运行的功率将会在百兆瓦量级以上,到时候这种对热能的回收利用的方法一定也很有参考意义。


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