Για τον νέο επιταχυντή στο CERN σχεδιάζονται νέα πρωτοποριακά συστήματα ψύξης από την παραγόμενη θερμότητα

Στο CERN οι επιστήμονες μελετούν το πραγματοποιήσιμο ενός επιταχυντή σωματιδίων 100 τρισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (TeV), που παράγει 7 φορές περισσότερη ενέργεια ανά σύγκρουση από ότι ο γνωστός πλέον Large Hadron Collider (LHC). Σε σύγκριση με τον LHC, αυτός ο μελλοντικός επιταχυντής-συγκρουστήρας θα έχει περιφέρεια περίπου 4 φορές μεγαλύτερη και θα ακτινοβολεί 1.000 φορές περισσότερη ενέργεια, ένα πρωτόγνωρο ποσό θερμότητας. Είναι ευκολονόητο ότι η ψύξη ενός τέτοιου επιταχυντή, χρησιμοποιώντας τις σημερινές μεθόδους ψύξης, θα ήταν απαγορευτικά δαπανηρή. Σε εργασία τους ο Roberto Cimino και οι συνεργάτες του, από το Εθνικό Εργαστήριο του Frascati, του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής (INFN), της Ιταλίας και το CERN, προτείνουν ένα νέο σύστημα ψύξης που θα μπορούσε να χρησιμοποιεί σημαντικά λιγότερη ενέργεια, κρατώντας το κόστος διαχειρήσιμο.

Στον LHC, υπεραγώγιμοι μαγνήτες επιταχύνουν τη δέσμη σωματιδίων, η οποία συνεχώς ακτινοβολεί φωτόνια και ως εκ τούτου θερμότητα. Ένας χάλκινος σωλήνας που περιβάλλει τη δέσμη βοηθά να απομακρύνεται η θερμότητα αυτή απορροφώντας τα φωτόνια, αλλά είναι απαραίτητο ένα πολύπλοκο σύστημα ψύξης για να κρατήσει τους μαγνήτες στους 1,9 βαθμούς Kelvin. Αυτή η διαδικασία απομάκρυνσης θερμότητας είναι ήδη ακριβή, κοστίζοντας μερικές χιλιάδες δολάρια ανά ώρα λειτουργίας, ενώ οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι ο εβδομαδιαίος λογαριασμός για έναν επιταχυντή 100 TeV μπορεί να εκτοξευθεί σε εκατομμύρια.

Η πρόταση από τον Cimino και τους συνεργάτες του είναι να επικαλυφθεί το εσωτερικό του χάλκινου σωλήνα με ένα λεπτό στρώμα άνθρακα που θα αντανακλά όλη την προσπίπτουσα ακτινοβολία. Η επιφανειακή δομή της επικάλυψης άνθρακα σχεδιάστηκε έτσι ώστε η ακτινοβολία και η θερμότητα που μεταφέρει, να απομακρύνονται από ψυχρότερες περιοχές προς απορροφητές θερμοκρασίας δωματίου που τοποθετούνται περιοδικά, που είναι ευκολότερο και φθηνότερο να ψυχθούν, από τον σωλήνα τον ίδιο. Οι συγγραφείς ισχυρίζονται ότι ο σχεδιασμός αυτός θα μπορούσε να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας που συνδέεται με την ψύξη έως 20%, δυνητικά μειώνοντας το σχετιζόμενο κόστος στο μισό. Αναμένεται η πειραματική αξιολόγηση της πρότασης.

Πηγή: APS

Περισσότερα στη δημοσίευση: Potential Remedies for the High Synchrotron-Radiation-Induced Heat Load for Future Highest-Energy-Proton Circular Colliders, Phys. Rev. Lett. 115