Mesure de la décroissance du champ magnétique généré par des courants d’écrantages (Screening Current Induced Field) dans une galette de rubans d’YBCo. La bobine est chargée à son courant nominal I ; les courants d’écrantages induits génèrent un champ magnétique dont on mesure l’évolution temporelle.
Les matériaux supraconducteurs à haute température critique, découverts il y a 30 ans, ont la particularité de conserver leurs propriétés jusqu’à des températures supérieures à celle de l’azote liquide (77 K). Cependant, la caractéristique utile pour nos activités reste leur capacité de transport de courant sous champ magnétique intense proche de la température de l’hélium liquide (4 K). Cette capacité de transport de courant a connu des améliorations constantes au cours de la dernière décennie notamment pour les rubans ReBCO (Rare earth Barium Copper Oxyde). Le SACM est donc évidemment impliqué dans l’étude de ces matériaux dans le domaine des champs magnétiques intenses supérieurs à 30 T ou dans celui des accélérateurs pour des champs proches de 20 T.
CHAMPS MAGNÉTIQUES INTENSES Les rubans supraconducteurs à haute température critique ReBCO offrent de nouvelles perspectives pour le design d’aimants à haut champ magnétique. Cependant, leur utilisation s’accompagne de problèmes comme celui de la protection ou des courants d’écrantage.
COURANTS D’ÉCRANTAGE
Du fait de la forme en ruban des supraconducteurs ReBCO, des courants parasites importants sont générés lors des variations de champ et conduisent à des perturbations sur le champ produit. Une thèse est actuellement en cours afin de mieux comprendre ce phénomène, de mesurer expérimentalement ses effets sur le champ central de bobines prototypes, et de le modéliser dans des outils de simulations numériques. Les courbes montrent la lente décroissance temporelle [la constante de temps de l’amortissement est de plusieurs heures (logarithmique en temps)] du champ magnétique généré par ces courants dans une galette de 60 tours. L’exploration de techniques visant à accélérer la décroissance des courants d’écrantages (de logarithmique à exponentielle) par « remuage de vortex » est également étudiée avec la réalisation d’une expérience financée par la R&D interne du SACM.
Galette MI instrumentée (amenées de courant, chaufferettes et prises de potentiel).
Comportement d’une galette à Isolation Métallique lors d’un quench.
PROTECTION PAR CO-BOBINAGE MÉTALLIQUE
La protection des aimants bobinés en matériaux SHTc est plus difficile que pour les aimants utilisant des matériaux à basse température critique à cause des faibles vitesses de propagation des zones normales et de la difficulté de détection (très faible niveau de tension). De nouvelles solutions de protection sont en train d’émerger et le SACM s’y est naturellement intéressé en étudiant la solution MI (Metal as Insulation) consistant à utiliser un ruban de métal électriquement résistif (inox) à la place de l’isolation classique (polyimide). Cette solution, qui n’a jamais été étudiée d’un point de vue de la protection, devrait permettre de conserver une très grande stabilité thermique comme dans le cas des bobines NI (No-Insulation) tout en réduisant considérablement le temps de chargement en courant (proche d’une bobine isolée classique). La technique NI consiste à bobiner le ruban sans isolation entre les spires. Les travaux en cours ont pour but de comprendre les phénomènes mis en jeu afin de pouvoir les prévoir. La validation des modèles numériques étant indispensable, plusieurs échantillons (galettes de quelques centaines de spires) fortement instrumentés, cf. photo, sont étudiés à 77 K (LN2) et à 4,2 K (LHe). Un exemple de quench à 77 K est présenté sur courbes ci-contre. Le quench est initié par une chaufferette insérée dans le bobinage (pulse en rouge). La chute du champ magnétique (représentée en bleu) alors que le courant de la bobine (en rouge) reste constant met en évidence le phénomène de contournement de la partie transitée : le courant peut éviter la zone transitée et fortement résistive en se répartissant dans les tours voisins à travers l’isolation métallique.
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• Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
• Laboratoire d'’études des aimants supraconducteurs (Léas) • Laboratoire de cryogénie et des stations d’essais (LCSE)
