R&D Aimants à Fort Champ
R&D SACM (Nb3Sn)

 Etat de l’Art: LHC et le NbTi

Jusqu’à présent, le matériau le plus utilisé dans la réalisation d’aimants supraconducteurs est l’alliage métallique ductile NbTi (production mondiale : entre 1500 et 2000 t/an; le LHC en utilise 1200 t).
Les programmes de R&D menés pour le LHC ont permis de développer les aimants nécessaires à la machine mais ont aussi démontré que l’on était aux limites des performances du NbTi (9 à 10 T sur le conducteur).
Pour aller au delà des 10 T et se préparer, à l’horizon 2015, à l’upgrade en luminosité du LHC pour lequel il sera sans doute nécessaire de développer des aimants de grande ouverture (≥ 90 mm) et à fort champ ou fort gradient de champ (jusqu’à 15 T sur le conducteur), il est donc nécessaire de changer de matériau.

 

Brin de conducteur Nb3Sn

 Prochaine Etape: le Nb3Sn

A l’heure actuelle, le seul autre matériau supraconducteur disponible industriellement et capable de transporter de forts courants dans des champs magnétiques intenses est le composé intermétallique Nb3Sn (production mondiale: ~15 t/an; ITER en utilisera 500 t).
Le Nb3Sn a un Tc et un Bc2 qui sont deux fois plus élevés que ceux du NbTi et permet de construire des aimants fonctionnant jusqu’à plus de 21 T sur le conducteur. Il a cependant un défaut majeur: une fois formé, il devient fragile et ses caractéristiques sont sensibles à la déformation. Cette fragilité et cette sensibilité ont jusqu’à présent limité son utilisation à des applications spécifiques. 

Bien que la technologie du Nb3Sn n’ait pas encore atteint un niveau de maturité comparable à celle du NbTi, elle semble néanmoins à portée de main pour l’upgrade en luminosité du LHC.

 

R&D en cours : Quadripôle Nb3Sn, LARP, NED

Le SACM a engagé dès 1995 un programme de R&D en collaboration avec Alstom/MSA pour se familiariser avec le Nb3Sn et achève la fabrication d’un quadripôle modèle basé sur la géométrie des quadripôles LHC.

Un consortium de laboratoires américains (BNL, Fermilab, LBNL et SLAC) poursuit depuis plusieurs années le programme LARP (US-LHC Accelerator Research Program), financé par le DoE, dont l’objectif est de construire d’ici 2009 un quadripôle prototype en Nb3Sn de 4 m de long, 90 mm d’ouverture et 200 T/m de gradient.

Pour combler son retard vis à vis des USA, une collaboration de 7 laboratoires européens (CCLRC/RAL, CEA, CERN, CIEMAT, INFN, Université de Twente, et Université de Wroclaw) s’est constituée en 2004 autour du projet NED (Next European Dipole) dans le but de promouvoir le développement de fils Nb3Sn à forte densité de courant critique (1500 A/mm2 à 4,2 K et 12 T). Le gros des efforts se portent actuellement sur le développement et la caractérisation du conducteur Nb3Sn et de son isolation, des mesures de transfert thermique et des études de conception.

Les programmes LARP et NED devraient permettre, à l’horizon 2009-2010, de prendre une décision informée sur la viabilité de la technologie Nb3Sn pour l’upgrade en luminosité du LHC et d’envisager la suite.


Contacts:

Maria DURANTE

 

maj : 16-03-2010 (1978)

 

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