• Les aimants supraconducteurs Développements pour les aimants du futur

• Le Service des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme 

• Laboratoire d'’études des aimants supraconducteurs (Léas) 

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 luminosité d’un facteur 10. Suite à l’incident survenu sur le LHC en septembre 2008, sa réparation et la modification du programme d’exploitation du LHC (temps d’exploitation plus longs que ceux initialement prévus), le Cern a décidé d’annuler la phase I du SLHC et de passer directement à la phase II. Les études sur les aimants des triplets de quadripôles en NbTi pour la phase I ont tout de même été maintenues avec l’objectif de constituer une solution de réserve validée.

 

 

Configuration à 4 blocs choisie pour les quadripôles en NbTi (courtesy Glyn Kirby, Cern).

Triplets de quadripôles en NbTi

 

Une augmentation de la luminosité du LHC d’un facteur 2 à 3 peut être obtenue par le remplacement des triplets de quadripôles de focalisation finale par des triplets de quadripôles plus longs et à grande ouverture : 120 mm contre 70 mm pour les triplets actuels. Le champ maximum prévu sur le conducteur est du même ordre de grandeur que pour les quadripôles des arcs du LHC, permettant l’utilisation du NbTi, mais l’énergie stockée et les efforts électromagnétiques mis en jeu sont beaucoup plus importants. Les études de conception des quadripôles sont réalisées en collaboration par le CEA et le Cern, dans le cadre du 7e PCRD et de la Contribution exceptionnelle de la France au Cern. La conception magnétique est réalisée par le Cern et la conception mécanique par le CEA. Le CEA est aussi chargé de la réalisation de 4 bobines de 1,8 m (+ 1 bobine d’essai) qui seront assemblées et testées au Cern pour en valider la conception.

 

Distribution de la contrainte azimutale sur un octant de quadripôle à 1,9 K et au courant nominal (courtesy SIS).

Le projet a démarré en septembre 2008 par les études sur deux configurations différentes des bobines ; le choix final de la configuration, à 4 blocs, a été confirmé en octobre 2009. Depuis, la conception mécanique a été réalisée et les études détaillées sur les outillages de bobinage et de polymérisation ont débuté. La fabrication de la première bobine complète de 1,8 m est prévue pour octobre 2010.

 

Maquette des outillages de bobinage pour l’essai sur le premier bloc de la couche interne du quadripôle (courtesy SIS).

Dipôle à haut champ en Nb3Sn

 

Les champs nécessaires pour la phase II du SLHC ainsi que les doses de radiation déposées dans les aimants des zones d’interaction excluent la possibilité d’utiliser du NbTi pour ces aimants et nécessitent l’utilisation du Nb3Sn.

 

Des activités de R&D ont été lancées afin d’étudier la tenue aux radiations des composants envisagés pour les bobines, de modéliser et d’optimiser l’extraction de la chaleur déposée dans les bobines et de maîtriser l’emploi du Nb3Sn pour les aimants d’accélérateurs. Les études et les essais ont comme objectif final la réalisation d’un dipôle en Nb3Sn, de 100 mm d’ouverture, capable de fournir un champ au centre de 13 T à 4,2 K. Les activités sont conduites en collaboration avec le Cern et l’Université technique de Wroclaw, dans le cadre du 7e PCRD Eucard et de la Contribution exceptionnelle de la France au Cern.

 

En plus de la participation à la conception et à la réalisation des bobines du dipôle en Nb3Sn, les activités comprennent la mesure des échanges thermiques sur les différents matériaux envisagés pour le dipôle, la réalisation de 3 bobines en configuration de champ de course en Nb3Sn, avec l’isolation céramique, et l’approvisionnement du brin de Nb3Sn à haute performance nécessaire à la réalisation du dipôle. Les études de conception du dipôle ont débuté en septembre 2009, le choix de la configuration des bobines étant prévu courant 2010.

 

Les deux configurations de bobine étudiées pour le dipôle en Nb3Sn : configuration en cosθ et configuration en blocs (courtesy A. Milanese, Cern).

maj : 17-12-2013 (2929)