ATLAS-Toroïde

Vue générale de l'aimant toroïdal après assemblage des bobines

Responsabilités de l'Irfu

L'Irfu est responsable de l'intégration des huits bobines dans leur masse froide et dans leur cryostat. Il est en charge  de la définition de la gamme de montage, de la conception des outillages de manutention des bobines du toroïde central, ainsi que du suivi qualité du montage en caverne. Il est en interaction étroite avec le Cern qui a en charge la gestion des infrastructures du hall d'assemblage et avec le LASA Milan, un laboratoire de l'INFN, qui a en charge le suivi des écrans thermiques.

 Réalisation et fabrication

Conception, étude, et dessins des bobines de l'aimant
Conception, étude, et dessins de réalisation de la structure mécanique et des procédés d'assemblage de l'aimant
Construction, à Saclay, de la bobine prototype B0
Contrôle technique de l'assemblage des bobines au Cern
Fabrication et test des secteurs de l'anneau cryogénique à Saclay
Assemblage de l'anneau cryogénique sur le toroïde au Cern

  

Localisation

CEA Saclay
Cern:    Hall 180 sur le site de Meyrin et caverne d'ATLAS

 

 

Coupe de l'ensemble du toroïde

  Dates importantes

2001 : Test de la bobine B0 (prototype  longueur 1/3) à 24 000 A.
2002 : Livraison des huits bobines au Cern
Octobre 2003 : Huit bobines intégrées dans leur masse froide.
Décembre 2003 La majorité des pièces nécessaires aux intégrations au Cern sont livrées.
14 Juillet 2004 : Première bobine cryostatée
2004 : Test de la première bobine à 22 000 A
Juin 2004 : Soudure de la première enceinte à vide.
Eté 2005 : Test de la huitième bobine en surface et début assemblage en caverne du toroïde complet
Novembre 2005 : Assemblage mécanique du toroïde en caverne terminé.
2006 :
Raccordement des services cryogéniques et électriques;
Novembre 2006: réception et tests à courent nominal du toroïde complet, en caverne
Printemps 2008: Test final et réception de l'ensemble du système d'aimants toroides (barrel+endcap).

Le 10 Septembre 2008: Premier faisceau dans le LHC

 

Fait marquant:

 Test de la bobine prototype B0
22 000 ampères dans la plus grande bobine supra-conductrice du monde
Le géant ATLAS est libéré
Mise en service du plus grand aimant supraconducteur au monde; ATLAS détecte des rayons cosmiques

 
 

 Moyens expérimentaux 

 Description technique:

 L'aimant se compose de huit bobines supraconductrices en étoile de forme rectangulaire de 25 m de long sur 5 m de large, enfermées dans un crysotat et associées dans une immense structure. Le courant passe dans les câbles supra-conducteurs et créée le champ magétique toroïdal autour de l'axe du faisceau de protons. Le champ magnétique ainsi produit entoure l’expérience à la manière d’un tore, d’où l’appellation « toroïde » pour l’aimant géant d’Atlas. L’aimant toroïdal central fait partie du système magnétique du détecteur de l'expérience Atlas pour le LHC. Un aimant toroïdal bouchon et un solénoïde central supraconducteurs complètent le système.

Spécificités:

 
La première spécificité est liée à la taille des bobines (25 m de long) qui requiert des opérations de manutention inhabituelles lors des montages. La taille des bobines, les plus grandes au monde pour un aimant supraconducteur, a été un défi majeur de ce projet. La gestion de la multitude des interfaces tant techniques qu'organisationnelles est aussi une particularité du projet. La structure d'Atlas se distingue par sa robustesse et son fonctionnement assez autonome par rapport à d'autres types d'aimants. D'autre part pour l’intégration des masses froides, une technique d’assemblage a été développée afin de prendre en compte les importantes forces magnétiques appliquées sur le conducteur. Chaque bobinage est inséré dans une boîte à bobine, support mécanique du bobinage, et précontraint à l’aide de baudruches travaillant comme des cales expansibles. Ces baudruches sont tout d’abord remplies de billes de verre et d’argon gazeux, puis le gaz résiduel est évacué et remplacé par de la résine époxyde, de faible viscosité et de longue durée de vie, injectée à 2 bars. La polymérisation de la résine s’effectue en montant la température de la bobine jusqu’à 70°C au moyen d’un courant dans le conducteur, puis en augmentant la pression dans les baudruches jusqu’à 125 bars. Un palier final à 125°C est maintenu pendant trente heures pour compléter la polymérisation.

 

   

 

Conception de la structure d'Atlas-Toroïde et modélisation du comportement mécanique

 

Calcul et conception de de la structure chaude du toroïde d'Atlas

 


 

 


 

 

Bilan scientifique et technique:



Les grands principes de construction ont été validés lors des différentes étapes d'intégrations et seuls quelques principes mineurs ont été modifiés par rapport à la conception initiale. L'importance de la préparation en amont du travail, par le biais de la rédaction de procédures de montage et de contrôle, a été encore une fois bien mis en évidence, afin de minimiser les risques techniques et les dérives de planning. La réalisation des bobines du toroide a représenté un investissement majeur pour le SACM et a permis d'acquérir une importante expérience sur la conception, la fabrication et les tests de ce type d'aimant.

 

 

  Collaborations 


Un accord de collaboration a été signé en 1996 avec le Cern dans lequel le Dapnia est responsable de la conception et du suivi de réalisation du toroïde. Cet accord est décliné en plusieurs phases, phase A pour la conception, phase B pour la réalisation , phase C pour les tests des bobines en surface et dans la caverne et phase D pour l'assemblage.
La phase B couvre l'intégralité de ce projet.

Les principaux partenaires sont :


Le Cern : coordination générale du système d'aimants pour la collaboration Atlas, cryogénie externe, circuit de puissance électrique, protection, stations d'essai, assemblage en caverne.
CEA : étude générale et de détails du toroide, suivi industriel de composants, essais de composants, coordination et suivi de l'intégration .
ETH Zurich : conducteur.
INFN Milan : conducteur, bobines, écrans thermiques
IFAE Barcelone : enceintes à vide

 

maj : 17-09-2008 (425)

 

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