거대한 과학 시설 '미래 원형 충돌기(FCC)'...엔지니어의 꿈의 직업될 것 VIDEO: CERN’s Future Collider Would Be an Engineer’s Dream Job

[개관]

* CERN(유럽 원자핵 과학 연구소)

1954년에 설립된 국제적인 연구 기관으로, 입자 물리학, 고에너지 물리학, 물리학의 다양한 분야에서 연구를 수행합니다. 세계에서 가장 큰 입자 가속기를 보유하고 있으며, 이는 원자핵 물리학 연구를 위한 중요한 도구입니다. CERN의 주요 연구 목표 중 하나는 우주의 기원과 구성을 이해하기 위한 것이며, 이를 위해 대형 하드론 충돌기(LHC)와 같은 가속기를 사용하여 입자들을 가속시키고 충돌시킵니다. 이러한 실험을 통해 우리는 더 깊이 있는 우주와 물질의 이해를 얻을 수 있습니다. CERN은 다양한 국가 및 기관의 연구자들이 협력하여 운영되며, 과학의 발전에 중요한 역할을 합니다.

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** 미래 원형 입자가속기(Future Circular Collider, FCC)

스위스 제네바에 위치한 유럽 입자 물리학 연구소(CERN)에서 제안된 입자 물리학 실험장치입니다. 이 입자 가속기는 대형 원형 터널을 통해 입자들을 가속시키고 충돌시켜 물리 현상을 연구하는 데 사용됩니다. FCC는 현재의 대형 원자가속기(Large Hadron Collider, LHC)보다 훨씬 높은 에너지와 더 큰 충돌 빔을 제공하여 보다 정밀한 실험을 수행할 수 있도록 설계되었습니다. 이 프로젝트는 입자 물리학의 다음 단계를 위한 중요한 연구 장치로 여겨지며, 우주의 기본 구조와 물질의 본질에 대한 이해를 높일 것으로 기대됩니다.

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유럽에서 가장 큰 토목 공학 프로젝트

CERN의 미래의 충돌기는 엔지니어의 꿈이 될 것입니다. 그것은 최첨단 물리학을 시험할 것이지만 많은 전통적인 기술을 사용합니다

이달 초, CERN은 현재 계획하고 있는 대로 거대한 미래 원형 충돌기(FCC)라는 거대한 과학 시설 중 하나가 될 제안된 입자 가속기의 예비 비전을 발표했습니다.

CERN이 FCC 규모의 프로젝트를 마지막으로 착수한 것은 1980년대였고, 그 대상은 대형 전자-양전자 충돌기(LEP)였습니다: 때때로 그 당시 유럽에서 가장 큰 토목 공학 프로젝트로 묘사됩니다. 21세기에, 공학자들은 LEP의 터널을 오늘날의 대형 강입자 충돌기(LHC)로 개조했습니다. 원자핵 또는 아원자 입자를 거의 빛에 가까운 속도로 함께 부수면서, LHC와 같은 가속기들은 물리학과 기술의 경계를 극적으로 확장하는 것을 도왔습니다.

"우리는 이 모든 힘을 지하의 변전소를 통해 분배해야 합니다. ... 우리는 많은 숫자를 가지고 놀고 있습니다."

—장폴 버넷, CERN

LHC를 건설하는 것은 분명히 초대형 프로젝트였지만, FCC를 건설하는 것이 가져올 수 있는 도전들 다음에는 아무것도 없었습니다. "FCC와 함께 변화하고 있는 것은 우리가 CERN 땅에 있지 않은 장소들에 새로운 인프라를 건설해야 한다는 것입니다"라고 CERN 전기 엔지니어인 Jean-Paul Burnet는 말합니다. 그러나 FCC의 규모와 비용에도 불구하고, 그것은 기존 기술의 진화입니다.

계획과 탐구

거대한 FCC에 대한 자세한 개념적 치료는 적어도 2014년으로 거슬러 올라갑니다. 그 이후 10년 동안, 기술자들과 과학자들은 LHC 길이의 3배가 넘는 반지에 적합한 정렬을 찾기 위해 이러한 제안들을 검토했습니다. 그리고 이제, 마침내, 그들은 그들의 반지를 가지고 있습니다: LHC의 기존 고리의 남쪽에 있는 91 킬로미터의 가까운 원, 그리고 터널과 위의 표면을 연결하는 8개의 접근 샤프트로 보석이 박혀 있는. CERN의 토목 기사인 Timothy Watson는 그것의 디자인을 "스테로이드 위의 LHC"라고 부릅니다

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"이것은 레이아웃과 설계 및 구성에 필요한 엔지니어링 입력 측면에서 매우 유사합니다."라고 그는 말합니다. "하지만 분명히 훨씬 더 큽니다."

사실, 순수한 규모보다는 FCC의 설계에 초점을 맞추면 FCC의 인프라는 이전의 것과 크게 다르지 않아 보일 수 있습니다. FCC의 터널과 접근 통로는 LHC보다 크게 넓지 않습니다. 가장 기술적으로 까다로운 건물은 충돌기의 동굴이 될 것인데, 여기서 터널은 입자 탐지기를 고정하는 더 큰 공간으로 발산됩니다. 그럼에도 불구하고 왓슨은 FCC의 동굴은 CMS와 ATLAS와 같은 LHC 실험을 주최하는 동굴과 비슷할 것이라고 말합니다.

그렇기는 하지만, 몇 가지 중요하고 도전적인 차이점들이 남아 있습니다. 일례로, FCC의 터널은, 지표면 아래 200미터 지점에 위치하고 있는데, 이 터널은 LHC 터널보다 훨씬 더 깊을 것이며, 실제로는 대부분의 지하 메트로 시스템보다 몇 배나 더 깊을 것입니다.

게다가 FCC가 제안한 코스는 건설업자들이 낯선 지질학적 조건을 헤쳐나가게 될 것입니다. 특히 FCC는 제네바 호수와 론 강과 같은 주요 수역을 횡단해야 하는데, 이는 그 어떤 이전의 CERN 충돌기도 하지 못했던 종류의 도전들입니다.

그럼에도 불구하고, 왓슨은 현존하는 건설 기술, 즉 링의 8분의 1마다 하나씩 8개의 터널을 뚫는 기계들이 그 일을 해낼 것이라고 확신합니다. "우리는 이것들이 산업이 할 수 있는 것 이상의 것들이라고 믿습니다"라고 그는 말합니다.

배선하기

거의 광속에 가까운 속도로 입자를 유지하기 위해 FCC의 터널은 저온 극저온 및 고출력 전자석과 같은 모든 종류의 첨단 장치가 필요합니다. 그리고 이 모든 장비는 에너지 비용이 듭니다. FCC 운영자가 처음 전원을 켜면 1단계 FCC 렙톤 충돌기(FCC-ee)에 약 1.4테라와트시의 전기가 소비될 것으로 예상되며, 이는 전자를 광속보다 작은 분율로 가속시킵니다.

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이에 비해, LHC 자체, 시설의 다른 충돌기, 컴퓨터 및 데이터 센터, 인프라를 포함한 오늘날 CERN 전체는 연간 1.3 TW-h를 사용합니다. 그러면, 과학자들이 차세대 렙톤-하드론 및 광자-하드론 충돌기를 포함한 업그레이드 라인을 하향 조정할 것으로 예상함에 따라, FCC의 에너지 수요는 기본 1.4 TW-h 수치에서 급격히 증가할 뿐입니다.

오늘날, CERN은 프랑스 전력망과 연결되는 400 킬로볼트의 단일 링크로부터 전력을 끌어 올립니다. 하나는 400 킬로볼트, 다른 하나는 225 킬로볼트의 추가적인 연결을 요구합니다. 이 세 개의 소스로부터, 충돌기의 인프라는 충돌기의 8개의 접근 샤프트에 전력을 분배할 것이고, 거기서, 충돌기의 나머지 부분에 전력을 분배할 것입니다.

일반적으로 지하에서 전기 공학 작업의 양을 최소화하려고 했던 이전의 충돌기들과 달리, FCC의 초기 설계는 대부분의 전기가 터널 시스템 자체 내에서 분배될 것으로 예상합니다. "우리는 이 모든 전력을 지하의 변전소를 통해 분배해야 합니다."라고 버넷은 말합니다.

CERN’s Future Collider Would Be an Engineer’s Dream Job

https://spectrum.ieee.org/cern-engineering-future-circular-collider