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歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)用了多少液氦(氦氣He)?

2019-6-6 14:52:36

   大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不僅是世界最大的粒子加速器，同時(shí)也是世界最大的機(jī)器。這個(gè)27公里長(zhǎng)的粒子加速器，位于瑞士、法國(guó)邊境地區(qū)的地下100米深的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)26.659公里，建設(shè)耗資超過(guò)60億美元。有來(lái)自數(shù)十個(gè)國(guó)家和地區(qū)的二千多名物理學(xué)家參與了這一項(xiàng)目。研究人員希望大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能發(fā)現(xiàn)粒子物理學(xué)的“圣杯”希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子由英國(guó)科學(xué)家彼得·希格斯于上世紀(jì)60年代提出，完美地解釋了物質(zhì)質(zhì)量之源，是所謂“標(biāo)準(zhǔn)模型”粒子物理學(xué)理論中最后一種未被證實(shí)的粒子，也稱“上帝粒子”。
    啟動(dòng)前主要是完成超導(dǎo)磁鐵的冷卻和質(zhì)子束流的預(yù)加速,其中的最大難題,是將位于地下100米的27公里隧道中的數(shù)千根組成對(duì)撞機(jī)的大型超導(dǎo)磁鐵冷卻到零下271攝氏度。整個(gè)隧道分成等長(zhǎng)的8段逐一冷卻、通電并進(jìn)行束流通過(guò)實(shí)驗(yàn),每段冷卻需要至少三四個(gè)星期,冷卻后若在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)任何問(wèn)題又要升到室溫排除故障,升溫也需若干星期,一冷一熱就要兩三個(gè)月。盡管艱難,經(jīng) 過(guò)不懈努力,所有磁鐵最終于今年7月全部冷卻成功。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是世界上最大的冷卻系統(tǒng),共加注了1萬(wàn)噸液氮和130噸液氦(一個(gè)普通40L鋼瓶裝滿氦氣,只能裝1kg,130噸液氦,相當(dāng)于13萬(wàn)瓶氦氣),其中液氦用量達(dá)世界年產(chǎn)量的約1%。
    大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將能達(dá)到可怕的寒冷，其溫度下降到比外太空還要寒冷，為零下456.25華氏度（零下271.3攝氏度），接近絕對(duì)零度。那么為何要將磁鐵冷卻到接近絕對(duì)零度這樣的低溫呢？因?yàn)樵诖说蜏叵?，此磁鐵能在沒(méi)有任何電阻下工作。為此，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)采用10,800噸液氮來(lái)將這些磁鐵冷卻到零下193.2攝氏度，之后再用大約60噸液氦將它們冷卻到余下的溫度，就是為了確保那些巨大的磁體能夠精確掌駝粒子沿著精準(zhǔn)方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然它不是一個(gè)環(huán)保的設(shè)備――為了保持它持續(xù)結(jié)霜，每天需要消耗價(jià)值10萬(wàn)美金的電費(fèi)。也就是說(shuō)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)一年將消耗120兆瓦特電量，相當(dāng)于日內(nèi)瓦所有家庭的用電量。
    整個(gè)投資相當(dāng)于整個(gè)盧森堡公國(guó)的收入。他們已經(jīng)在這個(gè)項(xiàng)目上花了200億美元嗎？那可是在維扎信用卡上很難出現(xiàn)的費(fèi)用支出，但不用擔(dān)心，在這個(gè)項(xiàng)目上許多國(guó)家都共同參與并出資已經(jīng)幾十年了，而且目前最后的總錢數(shù)已近乎整個(gè)盧森堡公國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（338.7億美元）。據(jù)估計(jì)，每年歐洲核子物理研究組織（CERN）的總經(jīng)費(fèi)大約5億多歐元，此對(duì)撞機(jī)將運(yùn)營(yíng)20年之久，總運(yùn)營(yíng)費(fèi)用將達(dá)100多億歐元，而這些費(fèi)用由各成員國(guó)按國(guó)民生產(chǎn)總值比例分?jǐn)偂?/font>

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