Laboratoire de cryogénie et des stations d’'essais (LCSE)

La mission du Laboratoire de Cryogénie et des Station d’Essais est la maîtrise de la cryogénie à l’usage de la physique dans les domaines des aimants supraconducteurs, des cavités accélératrices, des détecteurs de physique (cibles cryogéniques, calorimètres) et de la production et distribution d’hélium liquide.

Cette maîtrise s’exerce dans la capacité à concevoir, construire et faire fonctionner des installations cryogéniques de taille et de nature très variées. Les fluides utilisés dans nos systèmes sont l’hélium I et II, l’azote, l’argon ou l’hydrogène. Les études et réalisations portent principalement sur les cryostats et la cryodistribution associée, ainsi que sur la mise en œuvre des moyens de réfrigération à basse température allant du cryogénérateur au réfrigérateur à hélium de forte puissance (« cryoplant »). Les principaux développements technologiques sont axés sur l’amélioration des modes de refroidissement et de maintien aux basses températures (optimisation des liens thermiques, intégration de boucle de refroidissement ou de cryogénérateur). Ils concernent aussi la mise au point et l’intégration de cibles cryogéniques en hydrogène liquide ou solide, pour la physique nucléaire.

Pour ses développements et les demandes des projets, le laboratoire gère plusieurs stations d’essais et de caractérisation qui forment un ensemble de 16 équipements complémentaires permettant de déterminer les propriétés mécaniques, thermiques et électriques de divers matériaux (isolants, composites, alliages métalliques et supraconducteurs) aux températures cryogéniques, sous fort courant et sous champ magnétique, et de tester, dans leurs conditions nominales, des sous-ensembles cryogéniques complets (cryostats d’aimants, cryomodules…) ou leurs composants de base (masse froide de bobines, cavités RF, instrumentation…), dans des tailles allant de quelques millimètres à plusieurs mètres.

Des actions de R&D plus spécifiques sont menées sur les transferts thermiques à basse température (hélium II en milieu poreux, Pulsating Heat Pipe en azote, refroidissement par simple conduction), sur les écoulements diphasiques (thermosiphon en hélium I, en azote…) et sur la thermohydraulique lors de quench dans les aimants.

Le laboratoire compte, fin 2015, 15 ingénieurs dont 1 thésard et 13 techniciens.

 

Maj : 21/06/2017 (298)

Voir aussi
Atelier de Bobinage : Context (Translation in progress) The workshop is equiped with two winding machines. One is used to wind solenoid magnets with external diameters of up to 2 m. The other one is dedicated to coils with a vertical rotation axis for realization of accelerator magnets of lengths up to 3 m or pancake coils.
Aimant Optimist : Tests sous champs magnétiques d'équipements tels que capteurs, détecteurs ... Champ magnétique maximal : 8,8 teslas. Ø utile de l’aimant : 150 mm ; axe horizontal  
Aimant RMN 530 : AIMANT RMN Tests sous champ magnétique d’équipements tels que capteurs, détecteurs, etc. à température ambiante Champ magnétique maximal : 2 T. Ø utile de l’aimant : 510 mm ; axe horizontal  
Atelier de bobinage : Le laboratoire de bobinage, destiné à la réalisation de bobinages prototypes de dimension limitée, dispose d’une machine à bobiner à axe vertical de grande capacité, une machine à bobiner à axe horizontal et une machine à bobiner munie d’un axe vertical et un axe horizontal permettant de réaliser des bobines de géométrie plus complexe. Chacune de ces machines est équipée d’un frein permettant le ... Lire la suite »
Atelier de mécanique : Les missions de l’atelier mécanique sont : ? De répondre aux demandes de travaux spécifiques et urgents en cas de modifications ou de reprises imprévues. ? D’apporter une assistance technique à travers les connaissances mécaniques de son personnel aux différents projets du service (JT-60SA, R3B, Gbar, Iseult, XFEL, Ifmif, Eucard2, ESS, etc.) ainsi que de participer à la réalisation des prototypes. À ces fins, il est ... Lire la suite »
Banc de test Thermosiphon : Contexte Caractérisation d’écoulements monophasiques et diphasiques (par des mesures de débit massique, de titre, de perte de pression et de température en paroi) le long de sections de test verticale (h = 1.2 m) et horizontale (Φ = 0.4 m) aux températures de l’hélium et de l’azote liquide.   La station offre une grande versatilité dans la géométrie de la boucle de refroidissement.
Cétacé (Cryostat d'essais à température ajustable et champ élevé) : Cette station d'essais a été réalisée par la société Oxford Instruments et va nous permettre de tester des brins supraconducteurs dans un champ magnétique pouvant atteindre la valeur très remarquable de 17 teslas à 2,2 K. Le cryostat principal contient le solénoïde capable de créer un champ magnétique intense. Ce solénoïde est de type hybride Nb3Sn pour la région intérieure et NbTi pour la ... Lire la suite »
Christiane : Mesures de courant critique de supraconducteurs.
Cryostat d'Essais à Température Ajustable et Champ Elevé Saclay (CETACES) : Contexte Station de test conçue pour la caractérisation de brins supraconducteurs en 2003 afin de répondre aux besoins R&D de grands projets (aide au choix du brin dans les phases préliminaires).   Mesures de courant critique sur des brins supraconducteurs (1.8 K ≤ T ≤ 60 K) sous champ magnétique intense (B ≤ 17 T).   A ce jour, aucune demande n’a été émise pour travailler avec des températures ... Lire la suite »
Double bain : Cryostat sur le principe du « double bain HeI/HeII » permettant de réaliser des études thermiques en hélium superfluide pressurisé statique jusqu’à une puissance de 10 W. Dimensions du réservoir 1,8 K : diamètre 200 mm x hauteur 200 mm avec pression maximale de 1,5 bars(a).
La plateforme JT-60SA : Dans le cadre de la contribution de l’Europe à la réalisation du Tokamak Japonais JT-60SA, l’Irfu/SACM est en charge de la conception, la réalisation et l’exploitation d’une station d’essais cryogénique pouvant tester chacun des 18 aimants toroïdaux du Tokamak dans ses conditions nominales de fonctionnement. L’objectif principal de ces essais est de démontrer le bon fonctionnement de chaque aimant à 25,7 kA et 5 K mais également ... Lire la suite »
Laboratoire d'essais mécaniques : Le laboratoire d’essais mécaniques propose des mesures à 300 K et aux températures cryogéniques : 77 K (azote liquide) et 4,2 K (hélium liquide), permettant de déterminer les caractéristiques mécaniques (module d’élasticité, limite élastique, charge et allongement à la rupture et fragilité) de matériaux métalliques ou composites (composites synthétiques ou composés très anisotropes ... Lire la suite »
Laboratoire Diagnostique Vide - Assemblage (Diva) : Le laboratoire prend en charge la mesure du vide, la recherche sur la désorption des matériaux ainsi que les développements des techniques d’ultravide (montages et tests). Il est notamment équipé : ? D’un four à ultravide 1 200 °C à 10-6 Pa avec une homogénéité à 900 °C de ± 3 °C. ? D’un banc de mesures de désorption permettant la qualification des matériaux ainsi que de mettre au point ... Lire la suite »
Les grands systèmes de refroidissement : La mise en œuvre des grands aimants supraconducteurs, chez le client comme Iseult dans le laboratoire Neurospin ou sur des stations d’essais comme JT-60SA au bâtiment 126 du CEA Saclay, et des structures accélératrices à cavités supraconductrices, sur des stations d’essais comme Supratech ou sur l’accélérateur prototype Ifmif-Lipac (Linear Ifmif prototype accelerator) à Rokkasho au Japon, nécessite l’installation de ... Lire la suite »
Liquéfacteur-réfrigérateur Hélial 4012 associé à la plateforme SUPRATECH : Le liquéfacteur produit environ 170 L/h avec azote et 70 L/h sans azote. Il est composé d'un compresseur d'hélium 80g/s (1600 m3/h) et d'une boite froide Air Liquide, sa Puissance de réfrigération est d'environ 80 Watt à 1.8 K  
Mesure de Conductivité Thermique d'Isolants et de Conducteurs (MECTIC) : Contexte Mesures de conductivité thermique d’échantillons (Φ ≈ 30 mm) d’isolants ou de conducteurs dans une gamme de température de 4.2 K ≤ T ≤ 300 K, par méthode différentielle ou intégrale.  
Séjos - Station d'essais de jonctions supraconductrices : Tests de connexions électriques à 4,2 K. Courant maximal dans l’échantillon : 10 000 A. Champ magnétique maximal : 4,7 teslas. Ø utile de l’aimant : 90 mm ; Ø utile du cryostat de l’échantillon : 76 mm. Échantillon dans hélium liquide à 4,2 K. Un transformateur supraconducteur permettra de tester des conducteurs jusqu’à des intensités de courant de 70 000 A.  
Station verticale : Cette station d’essai est constituée d’un cryostat enterré, vertical, écranté à l’azote liquide, de grande hauteur et d’une instrumentation de proximité lui permettant de recevoir des sous-ensembles à tester à basses températures ( en bain LHe ou sous vide) et pouvant être aussi connectés par éléments souples refroidis à l’eau à l’alimentation électrique fort courant de la ... Lire la suite »
Station verticale : Contexte Tests de sous-ensembles d’aimants de grandes dimensions (h ≤ 7.9 m, Φ ≤ 882 mm), à basse température (en bain d’hélium liquide ou sous vide, T ≥ 4.2 K).   Remarque : T = 4.2 K est la limite actuelle en température. De futurs essais dans le cadre d'un projet LHC / CERN (étude sur le quadripôle Q4) nécessiteront de descendre à T=1.9 K.        
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