欧洲大型强子对撞机尝试为周边居民供暖

时间:2019-07-25 15:28:19       来源:科技日报

大型强子对撞机(LHC),一听名字就是十分高冷的存在。在普通人心中,这个忙着把各种粒子撞得稀碎的装置,大概只会和顶尖物理学家发生联系。

不过,我们真得改变对它的刻板印象了——估计你很难想到,这个“高大上”的科学装置将尝试为周边居民供暖。

当地时间7月23日,欧洲核子研究中心(CERN)宣布,已经与法国地方当局签署一份协议,考虑对LHC产生的热能进行回收利用,从2022年起提供给附近的费内—伏尔泰社区用于冬季供暖。

把小循环变成大循环

研究粒子的科学装置,如何为居民供暖?这得从LHC产生的热量说起。

“LHC是世界上最大的科学装置之一,它在地下延伸27公里,功率是百兆瓦量级,也就是一亿瓦量级。”中科院高能物理研究所研究员、环形正负电子对撞机(CEPC)加速器负责人高杰接受科技日报记者采访时说,这样大功率的科学装置在运行时会产生大量热量。

要保持科学装置处于适宜的工作温度,就需要冷却系统。

CERN能源协调员塞尔日·克劳德介绍,CERN的很多系统和装置都使用水进行冷却:首先将冷水注入冷却管道,产生的热水会被收集起来送入冷却塔降温,之后再次注入冷却管道。

“现在的冷却管道是小循环,热量会在冷却塔中散失掉;如果将冷却管道变成大循环,把流出的热水导入附近居民家中,原本散失掉的热能就起到了供暖作用。”高杰说。

CERN就打算尝试第二种做法,它计划将LHC 8号实验点收集的部分热水导出到费内—伏尔泰社区目前正在建设的一个供暖系统。未来,最多将有8000位居民的家可以更低成本取暖,同时减少二氧化碳排放。

高杰分析,由于供暖用水一般是循环流动,流入居民家的水完成供暖使命并逐渐冷却后,仍将沿管道回到CERN,重新注入冷却管道——也就是说,供暖步骤代替了冷却塔。

“绿色对撞机”成新趋势

目前,用来连接LHC 8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。

高杰告诉科技日报记者,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。

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。

作为国际直线对撞机(ILC)理事会理事,高杰向科技日报记者透露,由中国物理学家提出的CEPC计划,以及日本正在积极争取的ILC项目,未来运行功率都将是百兆瓦量级以上,二者都在考虑如何实现“绿色对撞机”。