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                      氣體知識

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                      歐洲大型強子對撞機用了多少液氦(氦氣He)?

                      2019-6-6 14:52:36

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                         大型強子對撞機不僅是世界最大的粒子加速器,同時也是世界最大的機器。這個27公里長的粒子加速器,位于瑞士、法國邊境地區的地下100米深的環形隧道中,隧道全長26.659公里,建設耗資超過60億美元。有來自數十個國家和地區的二千多名物理學家參與了這一項目。研究人員希望大型強子對撞機能發現粒子物理學的“圣杯”希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子由英國科學家彼得·希格斯于上世紀60年代提出,完美地解釋了物質質量之源,是所謂“標準模型”粒子物理學理論中最后一種未被證實的粒子,也稱“上帝粒子”。
                          啟動前主要是完成超導磁鐵的冷卻和質子束流的預加速,其中的 最大難題,是將位于地下100米的27公里隧道中的數千根組成對撞機的大型超導磁鐵冷卻到零下271攝氏度。整個隧道分成等長的8段逐一冷卻、通電并進行 束流通過實驗,每段冷卻需要至少三四個星期,冷卻后若在實驗中出現任何問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月。盡管艱難,經 過不懈努力,所有磁鐵最終于今年7月全部冷卻成功。大型強子對撞機是世界上最大的冷卻系統,共加注了1萬噸液氮和130噸液氦(一個普通40L鋼瓶裝滿氦氣,只能裝1kg,130噸液氦,相當于13萬瓶氦氣),其中液氦用量達世界年產量的約1%。
                          大型強子對撞機將能達到可怕的寒冷,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),接近絕對零度。那么為何要將磁鐵冷卻到接近絕對零度這樣的低溫呢?因為在此低溫下,此磁鐵能在沒有任何電阻下工作。為此,大型強子對撞機采用10,800噸液氮來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方向運動。當然它不是一個環保的設備――為了保持它持續結霜,每天需要消耗價值10萬美金的電費。也就是說,大型強子對撞機一年將消耗120兆瓦特電量,相當于日內瓦所有家庭的用電量。
                          整個投資相當于整個盧森堡公國的收入。他們已經在這個項目上花了200億美元嗎?那可是在維扎信用卡上很難出現的費用支出,但不用擔心,在這個項目上許多國家都共同參與并出資已經幾十年了,而且目前最后的總錢數已近乎整個盧森堡公國的國內生產總值(338.7億美元)。據估計,每年歐洲核子物理研究組織(CERN)的總經費大約5億多歐元,此對撞機將運營20年之久,總運營費用將達100多億歐元,而這些費用由各成員國按國民生產總值比例分攤。
                       
                       
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