Développements pour les aimants du futur

Section d'un fil en niobium-étain.

La conception des systèmes cryomagnétiques de haute technologie est basée sur des activités de R&D qui font partie des premières phases des projets de réalisation. Le SACM travaille aussi, en dehors des projets, sur les éléments clés pour préparer le futur, comme le refroidissement des aimants, les aimants à haut champ ou à haute température utilisant de nouveaux types de matériaux.

 

maj : 23-12-2013 (2396)

R et D sur le refroidissement des aimants supraconducteurs
Afin d'optimiser les performances des systèmes cryomagnétiques, une R&D sur le refroidissement de ces systèmes est activement soutenue au CEA. Différents thèmes de recherche correspondant aux différents types d'aimants supraconducteurs sont menés de front. Des études sur les écoulements diphasiques d’hélium en régime transitoire sont conduites afin de prévoir les phénomènes thermohydrauliques survenant lors de quench d’aimants supraconducteurs refroidis par des écoulements externes fonctionnant, par exemple, en thermosiphon. Pour de plus petits systèmes, ... Lire la suite »
Développements pour les futurs aimants supraconducteurs du LHC
Le Large Hadron Collider (LHC) atteindra son énergie nominale de 14 TeV d’ici la fin 2014, puis sa luminosité nominale de 1034 cm-2s-1 en 2015. À partir de 2020, afin que son exploitation reste rentable, le LHC nécessitera une amélioration majeure visant à une augmentation significative de sa luminosité. La configuration de la nouvelle machine, appelée High Luminosity LHC (HL-LHC), imposera entre autres le remplacement des triplets de quadripôles des zones d’interaction et des triplets des zones d’insertion. En parallèle aux études pour le HL-LHC, un deuxième programme, appelé ... Lire la suite »
Utilisation des supraconducteurs à haute température critique
Les matériaux supraconducteurs à haute température critique apportent des perspectives nouvelles : en effet non seulement leur capacité à transporter un courant électrique intense à l’état supraconducteur est maintenue jusqu’à des températures supérieures à 60 K pour certains d’entre eux, mais surtout ils conservent leurs propriétés supraconductrices sous des inductions de 30 T, à condition d’être maintenus à la température de l’hélium liquide. Ils ouvrent ainsi la possibilité de réaliser, d’une part, des ... Lire la suite »
Utilisation du MgB2 pour des aimants supraconducteurs secs
Le diborure de magnésium (MgB2) est un matériau dont les propriétés supraconductrices ont été découvertes en 2001. Il présente une température critique de 39 K ce qui le classe dans les supraconducteurs à température critique intermédiaire, entre les basses températures critiques, comme le niobium titane (NbTi) et le niobium étain (Nb3Sn), et les hautes températures critiques comme les cuprates. Sa découverte a suscité un vif intérêt car ses constituants sont bons marchés et son procédé de fabrication est semblable à celui des ... Lire la suite »
Boucle de circulation de fluide diphasique
De nombreux systèmes de refroidissement d’aimants supraconducteurs pour la physique des hautes énergies sont basés sur des boucles de circulation en hélium diphasique fonctionnant en thermosiphon. Des études expérimentales et théoriques ont déjà été menées au SACM en régime permanent sur les transferts de masse et de chaleur pour ce type d’écoulement en orientation verticale lors du dimensionnement du système de refroidissement de l’aimant du détecteur CMS installé au Cern. Ce principe a été retenu pour le refroidissement de l’aimant du ... Lire la suite »
Développement d’'aimants à haut champ pour le SLHC
Le projet Safirs (Supraconductivité dans les aimants du futur : innovation et recherche pour le SLHC) réunit les activités de l’Irfu sur les futurs aimants supraconducteurs nécessaires aux upgrades du LHC vers des luminosités et des énergies plus élevées. L’upgrade en luminosité du LHC, appelé SLHC, était initialement prévu en deux étapes : SLHC - phase I, à compléter pour 2014, visant à l’augmentation de la luminosité d’un facteur 2 à 3, et SLHC - phase II, à compléter pour 2018, visant à l’augmentation de la ... Lire la suite »
Développement d’'une isolation en céramique pour les câbles supraconducteurs
Le développement d’une isolation électrique en céramique a pour objectif l’étude et la mise en œuvre d’une isolation pouvant supporter le traitement thermique à haute température (600 à 700°C) nécessaire à la formation de certains supraconducteurs, en particulier le niobium-étain (Nb3Sn). Les conducteurs sont guipés avec un ruban de fibre de verre enduit de précurseurs qui réagissent pendant le cycle thermique, formant l’isolation et assurant une tenue mécanique de la bobine. On supprime ainsi 2 étapes délicates de la fabrication : la manipulation ... Lire la suite »
Développement d’'une isolation en céramique pour les câbles supraconducteurs
Le développement d’une isolation électrique en céramique vise à la mise au point d’une isolation pouvant supporter le traitement thermique à haute température (600 à 700°C) nécessaire à la formation de certains supraconducteurs, en particulier le niobium-étain (Nb3Sn). Les conducteurs sont guipés avec un ruban de fibre de verre enduit de précurseurs qui réagissent pendant le cycle thermique, formant l’isolation et assurant la tenue mécanique de la bobine. On supprime ainsi deux étapes délicates de la fabrication d’un aimant en Nb3Sn : la manipulation de ... Lire la suite »
Développements pour aimants à fort champ magnétique
A l’heure actuelle, le seul supraconducteur apte à succéder à moyen terme au niobium titane (NbTi) dans des applications à grande échelle nécessitant des électroaimants de fortes densités de courant dans des champs magnétiques élevés - supérieurs à 12 teslas - est le composé intermétallique de niobium étain (Nb3Sn). Le programme de recherche et développement, mené en collaboration par le CEA et Alstom, a pour objectif de maîtriser et de faire progresser la technologie du Nb3Sn pour la maîtrise d’œuvre de nouveaux projets d’aimants ... Lire la suite »
Quadripôle modèle en niobium-étain
Depuis 1998, le SACM a entrepris un programme de recherche et de développement pour la construction d’un aimant quadripolaire en Nb3Sn. Sa conception, basée sur celle des quadripôles du LHC, a été adaptée aux particularités du conducteur en Nb3Sn. Ce dernier nécessite d’être formé par un traitement thermique à haute température et devient ensuite fragile et sensible aux déformations. En conséquence le bobinage est réalisé à partir du conducteur non réagi isolé à l’aide d’un ruban de fibres de verre ; une fois la mise en forme ... Lire la suite »
Transfert de chaleur en hélium superfluide à travers des milieux poreux

Dans le cadre du développement d’aimants en Nb3Sn refroidis par de l’He II pour l’upgrade du LHC, de nouvelles isolations électriques, composées de matériaux à base de céramique, sont à l’étude. En effet, les isolations actuelles imperméables à l’hélium constituent une résistance thermique trop importante pour obtenir un refroidissement suffisant et assurer la stabilité thermique des futurs aimants.