大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)把小循環(huán)變成大循環(huán) “綠色對(duì)撞機(jī)”成新趨勢

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，一聽名字就是十分高冷的存在。在普通人心中，這個(gè)忙著把各種粒子撞得稀碎的裝置，大概只會(huì)和頂尖物理學(xué)家發(fā)生聯(lián)系。

不過，我們真得改變對(duì)它的刻板印象了——估計(jì)你很難想到，這個(gè)“高大上”的科學(xué)裝置將嘗試為周邊居民供暖。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月23日，歐洲核子研究中心(CERN)宣布，已經(jīng)與法國地方當(dāng)局簽署一份協(xié)議，考慮對(duì)LHC產(chǎn)生的熱能進(jìn)行回收利用，從2022年起提供給附近的費(fèi)內(nèi)—伏爾泰社區(qū)用于冬季供暖。

把小循環(huán)變成大循環(huán)

研究粒子的科學(xué)裝置，如何為居民供暖?這得從LHC產(chǎn)生的熱量說起。

“LHC是世界上最大的科學(xué)裝置之一，它在地下延伸27公里，功率是百兆瓦量級(jí)，也就是一億瓦量級(jí)。”中科院高能物理研究所研究員、環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(CEPC)加速器負(fù)責(zé)人高杰接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說，這樣大功率的科學(xué)裝置在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量。

要保持科學(xué)裝置處于適宜的工作溫度，就需要冷卻系統(tǒng)。

CERN能源協(xié)調(diào)員塞爾日·克勞德介紹，CERN的很多系統(tǒng)和裝置都使用水進(jìn)行冷卻：首先將冷水注入冷卻管道，產(chǎn)生的熱水會(huì)被收集起來送入冷卻塔降溫，之后再次注入冷卻管道。

“現(xiàn)在的冷卻管道是小循環(huán)，熱量會(huì)在冷卻塔中散失掉;如果將冷卻管道變成大循環(huán)，把流出的熱水導(dǎo)入附近居民家中，原本散失掉的熱能就起到了供暖作用。”高杰說。

CERN就打算嘗試第二種做法，它計(jì)劃將LHC 8號(hào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)收集的部分熱水導(dǎo)出到費(fèi)內(nèi)—伏爾泰社區(qū)目前正在建設(shè)的一個(gè)供暖系統(tǒng)。未來，最多將有8000位居民的家可以更低成本取暖，同時(shí)減少二氧化碳排放。

高杰分析，由于供暖用水一般是循環(huán)流動(dòng)，流入居民家的水完成供暖使命并逐漸冷卻后，仍將沿管道回到CERN，重新注入冷卻管道——也就是說，供暖步驟代替了冷卻塔。

“綠色對(duì)撞機(jī)”成新趨勢

目前，用來連接LHC 8號(hào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)和費(fèi)內(nèi)—伏爾泰社區(qū)的管道建設(shè)工作已經(jīng)開始，預(yù)計(jì)2021年將進(jìn)行熱能回收系統(tǒng)初期測試，2022年費(fèi)內(nèi)—伏爾泰社區(qū)的部分居民就能享受上LHC提供的熱能了。

“流出冷卻管道的熱水可達(dá)30攝氏度，這對(duì)于能源回收利用而言是非常有用的。”克勞德說。

高杰告訴科技日?qǐng)?bào)記者，30攝氏度的冷卻水屬于低溫?zé)嵩矗啾雀邷責(zé)嵩矗厥绽玫募夹g(shù)難度較大。CERN官網(wǎng)提供的示意圖顯示，供熱管道可能會(huì)采用地?zé)崽结樤O(shè)備保存熱量，減少管道的溫度波動(dòng)。

克勞德介紹，目前CERN已經(jīng)進(jìn)行多項(xiàng)研究并發(fā)現(xiàn)，LHC的2號(hào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)、5號(hào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)等也可用來為附近社區(qū)提供熱能。同時(shí)他們還在考慮利用1號(hào)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)收集的熱能為CERN總部所在地的建筑供暖。

“‘綠色對(duì)撞機(jī)’已經(jīng)成為新的課題，也是未來發(fā)展趨勢。”高杰介紹，科學(xué)家正在研討設(shè)計(jì)多種方法，將大型對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)崮芑虻蜏責(zé)崮苁占饋恚浞謱?shí)現(xiàn)能源回收利用。

除了利用冷卻管道，科學(xué)家還提出一種大膽的設(shè)計(jì)方案：利用吸熱性能強(qiáng)大，同時(shí)又不太容易散熱的固體材料，充分吸收對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的熱量，再將材料搬運(yùn)到需要使用能源的地方散熱。

作為國際直線對(duì)撞機(jī)(ILC)理事會(huì)理事，高杰向科技日?qǐng)?bào)記者透露，由中國物理學(xué)家提出的CEPC計(jì)劃，以及日本正在積極爭取的ILC項(xiàng)目，未來運(yùn)行功率都將是百兆瓦量級(jí)以上，二者都在考慮如何實(shí)現(xiàn)“綠色對(duì)撞機(jī)”。