乌俄战争引发的能源危机 将影响欧洲核子研究组织的工作

今（2022）年2月24日俄罗斯入侵乌克兰，引发第二次世界大战以来欧洲最大规模的军事冲突、难民危机。尽管国际社会强烈谴责俄罗斯的入侵行动，并祭出种种经济制裁、许多大型企业也纷纷撤离俄罗斯，但仍无法阻止俄罗斯的入侵。战火延烧至今已超过半 年，对全球也造成不少影响——尤其是在能源方面。由於俄罗斯是天然气的出口大国，欧洲许多国家仰赖俄罗斯出口的天然气发电，天然气价格也随着俄罗斯对欧洲的反制而大涨。此外，俄罗斯更规划在未来三 年将全球的天然气年出口量削减 40%。欧洲能源价 格飙涨，可能导致全球经济下滑或引发人们对於电力 供给的担忧，一些会用到大量能源的实验室也无法幸免，例如欧洲核子研究组织（uropean Organization for Nuclear Research, CERN）。
位於瑞士日内瓦的CERN拥有世界上最大的粒子物理学实验室，主要进行高能物理方面的研究。实验室里长达27公里的大型强子对撞机（Large Hadron Collider, LHC）是最主要的吃电怪兽，为了让仪器内部维持极 低温的状态，LHC内装有27百万瓦（megawatt, MW）的液态氦低温系统（liquid-helium cryogenic system）。 在LHC正常运作期间，仅是一个CERN每年的用电量 就要约1.3兆瓦时（terawatt-hour），相较之下整个日 内瓦每年的用电量约3兆瓦时。为了节省用电方面的开 销，冬季是LHC的维护期，但即使在长时间停工的情 况下，它的用电量仍有约0.5兆瓦时。
在今年9月26日，法国电力公司（Électricité de France, EDF）要求CERN降低电力使用，而CERN委员会也承诺在今年与明（2023）年会降低实验室的能源消耗。最终，CERN理事会决议将实验室今年的年度年终技术停工时间提前两周（即11月28日），并将明年的技术停工时间提早到11月中，以减少约20％的仪器运行。CERN与EDF也制定了减少电力配置的计画，减少CERN园区内的整体电力使用，包含在夜间关闭照明路灯、将建筑物中暖气的供应时间延後一周等，以防止未来几个月的能源使用可能受限。在经过一些设备升级工程後，LHC将於明年4月重新启动，预计总电费约为 8900万美元。
更长时间的停工将影响依赖CERN以及其他粒子加速器 （accelerator）进行实验的科学家，CERN研究与计算总姆尼克（Joachim Mnich）表示，原定在今年最後两周进行的那些实验不得不推迟到明年，且明年在实验时间上的竞争将更加激烈。虽然LHC在今年与明年的 质子－质子对撞总数低於过往，但姆尼克认为这并不会对科学领域产生过於巨大的影响。
除了CERN之外，位於德国的大型粒子物理实验室「德国同步电子加速器」（Deutsches Elektronen Synchrotron, DESY）也同样受到电价上涨的影响。为了避免电力价格飙升造成的冲击，该设施的大部分电力是提前三年分批购入，因此他目前已经预先采购了明年约80％、2024 年约60％、2025年约40％的能源需求。但他们仍需要尽快决定是否要为明年采购剩下的20％能源，而DESY加 速器部门主任利曼斯（Wim Leemans）表示，依照目前的能源售价看来，他们可能难以负担。
DESY目前也正在与德国政府协调，寻求额外的资金以维持实验室的营运，例如严重特殊传染性肺炎（COVID-19）疫苗的研发、电池技术、太阳能的开发等。不过DESY依旧需要作最坏的打算，他们预计将进行实验测试欧洲X射线自由电子雷射（European X-ray Free-Electron Laser）、PETRA III同步加速器等仪器，若以低功率运行时会如何影响实验，以及像CERN一样延长仪器的停工期等补救措施。
位於美洲加拿大地区的研究机构，同样需要拟定计画以应对不断上涨的能源成本。在萨斯卡通（Saskatoon） 的加拿大国家同步光源设施「加拿大光源」（Canadian Light Source, CLS）首席营运官马蒂科（Bill Matiko）表示，电费占了实验室年度预算的重要部分，约有8％。 虽然加拿大国内本身有生产天然气，处境不像欧洲那麽艰难，但由於通货膨胀的关系，能源价格持续在上涨中——电费在今年9月1日上涨了4％、明年4月1日将会再涨4％。CSL与许多大型能源密集型设施一样，都在 过去几年中努力提升他们的能源使用效率。像是将设施 内所有灯都置换为LED灯泡、将加速器中原先的低温模组（cryo modules）更换为较节能的新型超导冷却装置 （superconducting cooling devices）等。
虽然位於北美的实验室不需要因能源供给的紧缩而减少仪器操作时间，但他们可能无法接收因为失去光束时间（beam time）〔注〕而无法进行高能物理实验的科学家，目前CLS的光束时间已被超额认购。随着美国芝加哥的大型同步加速器「先进光子源」（Advanced Photon Source, APS）预计於明年4月关闭，进行为期至少12个月的设备升级工作，北美的光束时间也将受到限制，马蒂科也说到目前已经有一些APS用户正在询问CLS的光束时间。对於研究人员来说，能源供给问题势必成为未来在研究上的另一项挑战。

〔注〕能够分配给研究人员使用特定来源的粒子束的时间。

新闻来源
Owens, B. (2022, October 12). Energy Crisis Squeezes Science at CERN and Other Major Facilities. Nature.https://www.nature.com/articles/ d41586-022-03257-8