La mise en œuvre des grands aimants supraconducteurs, chez le client comme Iseult dans le laboratoire Neurospin ou sur des stations d’essais comme JT-60SA au bâtiment 126 du CEA Saclay, et des structures accélératrices à cavités supraconductrices, sur des stations d’essais comme Supratech ou sur l’accélérateur prototype Ifmif-Lipac (Linear Ifmif prototype accelerator) à Rokkasho au Japon, nécessite l’installation de systèmes cryogéniques permettant d’absorber les puissances développées aux basses températures dans ces équipements (pertes statiques des cryostats et pertes dynamiques en radiofréquence ou sous champ magnétique variable). Ces systèmes s’appuient sur des réfrigérateurs industriels d’hélium (jusqu’alors essentiellement fournis par l’Air Liquide) qui sont adaptés et insérés dans une architecture de cryodistribution répondant aux besoins spécifiques de chaque projet (température, débit, pression, puissance à extraire…).
Après l’étude et la mise en œuvre de la cryogénie des 2 cryomodules accélérateurs de l’anneau Soleil fonctionnant en hélium liquide saturé à 4,45 K, il y a quelques années, les derniers systèmes de réfrigération de ce type qui ont été étudiés et ont été installés ou vont l’être prochainement sont :
- les équipements nécessaires à la cryogénie en hélium superfluide pressurisé à 1,8 K de l’aimant Iseult dans les locaux et les sous-sols du laboratoire Neurospin ;
- l’usine cryogénique de l’accélérateur linéaire prototype Ifmif-Lipac associée au cryomodule à 8 cavités supraconductrices à radiofréquence travaillant à 4,45 K ; le SACM est en charge de l’étude, de la fourniture et de son installation au Japon.
Dans ces 2 projets, il s’est agi d’adapter au mode opératoire de la machine (aimant et accélérateur) les stockages de gaz et de liquide, les tableaux de vannes gérant les retours de fluide à température ambiante, les boîtes à vannes ou satellite cryogénique, les systèmes de pompage d’hélium et les lignes de transfert permettant une mise en froid et une alimentation continue et fiable en hélium des éléments supraconducteurs. Les réfrigérateurs retenus pour ces 2 applications développent respectivement des puissances équivalentes de 200 W et de 300 W à 4,4 K pour Iseult (déjà installlé) et pour Ifmif-Lipac (en appel d’offres).
Photo du réfrigérateur Air Liquide installé dans les sous-sols de Neurospin avec en arrière-plan le stockage de 5000 litres d’hélium liquide
Schéma de l’usine cryogénique implantée dans le bâtiment d’Ifmif-Lipac au Japon.
Dans le projet Iseult, seul le réfrigérateur et les compresseurs de cycle (145 kW installés) ont été demandés au fournisseur industriel (Air Liquide Advanced Technologies). Tous les autres équipements ont été étudiés puis lancés en fabrication par le SACM. Dans le projet Ifmif, très éloigné de nos bases, l’industriel qui fournira le réfrigérateur (AL-AT ou Linde Kryotechnik) aura aussi à réaliser et à installer les autres équipements de la centrale cryogénique (175 kW installés) sur la base d’une conception et d’un cahier des charges étudiés à Saclay.
Dans ces divers projets, nous bénéficions de l’important retour d‘expérience et du savoir-faire des équipes travaillant sur nos stations d’essais utilisant de tels systèmes de réfrigération ou de liquéfaction (4 machines en service actuellement au SACM).
