النموذج السابق LHC
بينما يواجه العالم أزمات وقضايا مناخية وتحديات الذكاء الاصطناعي، يواصل معهد فراونهوفر لأنظمة اللوجستيات، كجزء من مشروع أوسع، العمل على مفهوم لوجستي يُسهم في إنجاز "المصادم الدائري المستقبلي" في مركز سيرن بجنيف، والذي تبلغ تكلفته مليارات اليورو. ويضمن تصميم مركبة معيارية ونموذج محاكاة سلامة التخطيط.
في يونيو، عُقد المؤتمر العام الختامي للمشاركين من مختلف أنحاء العالم في سان فرانسيسكو. وستُجرى دراسة جدوى ابتداءً من عام 2025 لتحديد إمكانية تنفيذ المشروع بشكله الحالي. وسيتضمن ذلك، بطبيعة الحال، دراسةً ماليةً للمشروع، تُقدّر تكلفته حاليًا بنحو 15 مليار يورو.
غرفة التحكم. الصور: سيرن/درو بيرد 
في معهد فراونهوفر IML، يعمل جيرد كولمان وبينيديكت أو. مولر على وضع مفهوم الخدمات اللوجستية وسلسلة التوريد لآلاف المكونات، ومغناطيسات المسرعات، والعناصر المبردة التي سيتم تركيبها في الدوار تحت الأرض. بعد الانتهاء من وضع خطة التسليم الخارجي لأكثر من 5400 مغناطيس - معظمها عبر الطرق البرية - ينصب التركيز الآن على التركيب الموفر للمساحة داخل النفق. وقد حُددت أبعاده مسبقًا بقطر 5.5 متر (للمقارنة، يبلغ قطر نفق غوتهارد 5.9 متر). ويتطلب ذلك أيضًا مراعاة الأنظمة والمكونات الاحتياطية، وتدابير السلامة في ظل ظروف المساحة الضيقة للغاية.
رسم بياني: CERN/IML
بالنسبة لخبراء اللوجستيات، الذين يسعون دائمًا إلى توفير "الكمية المناسبة في الوقت المناسب وفي المكان المناسب"، يبدو "مُسرِّع الجسيمات" مثيرًا للاهتمام بلا شك. مع ذلك، لا يتعلق هذا المنجنيق الإلكتروني العملاق بضبط البضائع والمواد والإمدادات بدقة، بل بأبحاث الفيزياء الأساسية. ففي المجلس الأوروبي للأبحاث النووية في جنيف، تُسرِّع مغناطيسات تزن أطنانًا جسيمات أولية صغيرة إلى سرعات تقارب سرعة الضوء في "مصادم الهادرونات الكبير" على مسار دائري يبلغ طوله حاليًا 27 كيلومترًا، ويمتد على عمق 100 متر أسفل جنيف وسفوح جبال جورا، بهدف إحداث تصادم مباشر بينها. ثم تُغذَّى الشظايا الناتجة عن هذا التصادم إلى أجهزة كشف بحجم المنازل لتتبع الكارثة النهائية - "الانفجار العظيم" المصغر، إن صح التعبير - التي مثّلت بداية الكون.
رسم بياني: كولمان/IML
بعد اكتشاف بوزون هيغز (الذي كان عنصرًا حاسمًا في تفسير مفهومي "الكتلة" و"الثقوب السوداء")، من المقرر أن يبدأ تشغيل أنبوب تسريع جديد، هو "المصادم الدائري المستقبلي"، في عام 2045. سيصل هذا المصادم، بمساره المداري البالغ طوله 91.2 كيلومترًا والمتصل بالسطح عبر ثمانية محاور رأسية، إلى عمق متوسط يبلغ 200 متر، وسيستكشف آفاقًا جديدة في عالم الجسيمات الأولية. وبقوة تصل إلى 100 تيرا إلكترون فولت، سيمكن من رصد المزيد من الجسيمات الأولية التي، وفقًا للنظرية، لا بد من وجودها لتفسير الكون.
لا يُتوقع حدوث أي حطام أثناء تركيب المنجنيق الجديد للجسيمات. ستتولى مركبة معيارية نقل الأفراد والمواد تحت الأرض، وهي مجهزة بنظام ملاحة ذاتي يستخدم ماسح LiDAR لمراقبة محيط النفق في المقاطع المتكررة والحفاظ على مسافات أمان كافية، بينما تقوم قارئات الباركود بنقل تقارير الموقع باستمرار وضمان التوجيه الأرضي.
نظراً لحساسية حمولة المغناطيسات الفائقة وتأثرها بأي نوع من الاهتزازات، يجب مراعاة مسافات الكبح بدقة متناهية، كما يجب تزويد محاور وعربات المقطورة بنظام تخميد الاهتزازات لامتصاص حتى الصدمات الطفيفة. لا مكان لتقنية الرافعات التقليدية في النفق. في الموقع، يجب استخدام طاولات رفع صغيرة الحجم لوضع التجميعات التي يبلغ طولها 13.4 متراً ووزنها 60 طناً بدقة متناهية في مساحة ضيقة للغاية.
بحسب كولمان، لم تحدث أي تأخيرات حتى الآن بسبب جائحة فيروس كورونا أو الأحداث الدولية. وتكمن ميزة الوضع الراهن في أن بعض التفاصيل لم تُحسم بعد. وتتيح محاكاة عمليات توصيل المواد، التي طُوّرت في مكتب بينيديكت أو. مولر، حسابًا أسرع للتغييرات في المعايير الفردية، والتوسع، والتأثير المتوقع على النقل.
نقاش خلال أسبوع لجنة الاتصالات الفيدرالية / الصورة: درو بيرد
صرح بينيديكت مولر بأن أي حديث عن ظهور "ثقوب سوداء" في ضوء الطاقات الهائلة التي ستنطلق في تجارب التصادم المخطط لها للعقود القادمة لم يكن حتى الآن سوى مزحة. وأضاف كولمان: "نحن نركز على مهامنا اللوجستية".
يلعب الدعم اللوجستي دورًا بارزًا كعامل تمكين في بناء مسرع الجسيمات الجديد، وفقًا لمولر. "عندما تحتاج إلى آلة يبلغ طولها قرابة 100 كيلومتر وتتكون من آلاف المغناطيسات، لا يمكنك إنجاز ذلك بدون الدعم اللوجستي. ولكن حتى لو لم نكن نحن من يقدم النتائج الفعلية لهذا البحث الفيزيائي الأساسي في نهاية المطاف، فإننا نساهم بشكل كبير في نجاحه.".
كلاوس كوخ
فيديو ومقابلات مع عالمي معهد فراونهوفر، جيرد كولمان وبينيديكت أوليفر مولر، حول الوضع الراهن لمشروع مصادم المستقبل الدائري
الجدول الزمني الأولي
- 2025إتمام دراسة الجدوى
- 2027–2028مرحلة صنع القرار للدول الأعضاء في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) والشركاء الدوليين فيما يتعلق بالتنفيذ.
- 2030بدء أعمال البناء
- عقد 2040: تشغيل المكونات الأولى للمحطة (مصادم الإلكترون-بوزيترون FCC-ee)
- عقد 2070: اكتمال التشغيل وفترة التشغيل المخطط لها حوالي 25 عامًا
أسئلة
أدى اكتشاف بوزون هيغز إلى ظهور تساؤلات جديدة، مثل الدور الذي لعبه خلال الانفجار العظيم وتأثيره على تطور الكون. ومن المتوقع أن يُسهم بوزون هيغز في الإجابة عن أسئلة عالقة لا يستطيع النموذج القياسي للفيزياء معالجتها، بما في ذلك تلك المتعلقة بما يُسمى "المادة المظلمة" واحتمالية وجود فائض من المادة المضادة. تشير بعض السيناريوهات إلى وجود جسيمات جديدة أثقل تتجاوز نطاق مصادم الهادرونات الكبير (LHC) المستخدم حتى الآن، وتتطلب استخدام طاقات أعلى. بينما تشير سيناريوهات أخرى إلى وجود جسيمات أخف تتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع جسيمات النموذج القياسي، ويتطلب اكتشافها معالجة كميات هائلة من البيانات وإشارات خافتة للغاية.
الطلب على الطاقة
من المتوقع أن يتراوح استهلاك الطاقة الكهربائية في مشروع محطة الطاقة الحرارية بين 1 و1.8 تيراواط/ساعة سنويًا في المرحلة الأولى. ومع ذلك، وبفضل جهود البحث والتطوير المستمرة، يُتوقع أن ينخفض هذا الاستهلاك بنسبة 30-40% مقارنةً بما يمكن تحقيقه باستخدام التقنيات الحالية. كما يتعاون فريق دراسة محطة الطاقة الحرارية مع السلطات الإقليمية لتحديد سبل إعادة استخدام جزء من هذه الطاقة في تدفئة الصناعات المحلية والبنية التحتية العامة.
