Test de l'aimant au sein de la station Staarq (crédit : F. Rhodes/CEA-Irfu)
Dix années de travail collaboratif intense entre les équipes du DACM et du DIS de l'Irfu ont abouti, en ce début d’été 2024, au succès du test de l’aimant supraconducteur MQYYM dans la nouvelle station de tests d’aimants d’accélérateur quadripôle STAARQ. De par ces résultats exceptionnels, 3 axes de développement fortement interconnectés entre les deux départements ont été validés :
- Un axe conception et fabrication d’aimant d’accélérateur NbTi (niobium-titane) pour HL-LHC avec l’aimant MQYYM (DACM/LEAS et DIS/LCAP-LRI),
- Un axe cryogénie à 1,9 K avec le développement de la station cryogénique de STAARQ (DACM/LCSE et DIS/LCAP-LRI),
- Un axe test d’aimant supraconducteur avec la qualification du système de protection de l’aimant basé sur un Magnet Safety System numérique (DIS/LEI).
Ce test n’aurait par ailleurs pas été possible sans l’implication du DIS/LDISC pour le système de contrôle commande et le DIS/LEIGE pour l’électrotechnique et l’électronique de puissance.
Photo de groupe des équipes du DACM et du DIS (crédit CEA/Irfu)
La station Staarq (Station de tests d'aimants d'accélérateur quadripôle) au CEA (crédit CEA)
La station STAARQ est prête pour tester les performances de nouveaux aimants à 1,9 K
Les équipes de l’Irfu du DACM et du DIS ont conçu et réalisé la nouvelle station de tests d’aimants d’accélérateur quadripôle, STAARQ, au sein du Synergium. Les études cryogéniques, électriques et du système de protection des aimants supraconducteurs ont nécessité 2 années de conception. Deux années supplémentaires ont permis l’installation et la modernisation des équipements. En mars 2023, la phase de mise au point a débuté jusqu’à l’obtention du dernier jalon : la démonstration et la caractérisation du fonctionnement à 1,9 K. Les deux prochaines années seront dédiées aux trainings et aux mesures des performances magnétiques d’aimants quadripôles destinés à l’accélérateur du CERN. Avec STAARQ, l’Irfu s’est doté d’une station qui s’inscrit de part ses performances et son adaptabilité dans le standard international des stations de tests de ce type.
Une campagne de test réussie à 1,9 K pour l’aimant MQYYM
Les équipes du DACM/LEAS ont développé et fabriqué un aimant supraconducteur de type quadrupole en Niobuim-Titane (NbTi), dans le cadre du projet HL-LHC pour la jouvence des aimants situés autour des zones d’interaction des détecteurs ATLAS et CMS du LHC. Le projet a débuté en 2014 avec une première phase de design par les équipes du LEAS (magnétique, thermomécanique…). S’en sont suivies les phases de bobinage et de polymérisation de 10 bobines en NbTi au CEA, avant de poursuivre leur instrumentation et leur assemblage au CERN, toujours par l’équipe projet du CEA.
Un an de travail et de déplacements ont été nécessaires pour la réalisation de ces actions par l’équipe projet du LEAS grâce aux infrastructures et conseils techniques du CERN. Une fois assemblé, l’aimant MQYYM a alors été renvoyé au CEA pour être testé une première fois avec succès à 4,2 K en mars 2021, puis testé à nouveau dans ses conditions nominales à 1,9 K en juin-juillet 2024 dans la station STAARQ. L’aimant a ainsi parfaitement performé, atteignant un courant de 6 375 ampères, soit très proche du courant maximal calculé ! De nombreux tests de caractérisation (vitesse de rampe, dépendance en température, protection) ont également été réalisés et ont démontré les très bonnes capacités de l’aimant à répondre aux différentes sollicitations.
Aimant MQYYM lors de sa mise en place sur la plateforme STAARQ pour connexion et instrumentation (crédit CEA/Irfu)
Le déploiement novateur d’un Magnet Safety System numérique
La réalisation de la nouvelle station STAARQ s'accompagne du déploiement d'un Magnet Safety System (MSS) pour la détection de quench (c'est-à-dire le passage brutal de l'aimant de l'état supraconducteur à l'état résistif) et la commande de la protection de l’aimant en test. Le MSS est composé par un MSS analogique éprouvé et un nouveau MSS où la détection quench est numérique et intégrée dans un FPGA (Field-Programmable Gate Array, un composant logique programmable). Les essais de l’aimant MQYYM au début de l’été 2024 ont permis de complètement qualifier le MSS numérique avec la détection des 61 quenchs provoqués lors des tests, l’absence de fausse détection et des performances augmentées par rapport au MSS analogique.
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• Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
• Laboratoire d ’électronique instrumentale (LEI) • Laboratoire d'études et d’intégration en génie électrique (LEIGE) • Laboratoire de conception, d’études et d’avant-projets (LCAP) • Laboratoire de Développement et d’Intégration de Systèmes de Contrôle (LDISC) • Laboratoire des Relations Industrielles (LRI) • Laboratoire d'’études des aimants supraconducteurs (Léas) • Laboratoire de cryogénie et des stations d’essais (LCSE)
