Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Afin d’augmenter les performances des futurs accélérateurs de particules, des électro-aimants supraconducteurs à haut champ (supérieurs à 16 T) à base de REBCO sont étudiés. Le LEAS du CEA Paris-Saclay a participé à deux projets importants en collaboration avec le CERN et d’autres laboratoires européens (EUCARD et EUCARD2) pour le développement des dipôles très haut champ utilisant des matériaux supraconducteurs dits à haute température critique (SHTc) de seconde génération de type REBCO (RE, pour Rare Earth, étant une terre rare comme l’Yttrium). Le retour d’expérience sur ces deux projets a montré la nécessité d’améliorer la conception et la protection de ces aimants lorsque survient un ‘quench’. En effet l’endommagement est récurrent lors d’une transition résistive ou ‘quench’ (passage de l’état supraconducteur à l’état résistif) à cause d’une augmentation de température très localisée. Une technique innovante de bobinage MI (Métalliquement Isolé) a été utilisée pour la réalisation d’un solénoïde SHTc qui a atteint la valeur record mondial de 32,5 T (dans un aimant résistif générant 18 T) et a survécu à un quench à cette valeur. Ces résultats prometteurs nous poussent à étudier cette solution pour les aimants dipolaires très haut champ (> 16 T) d’accélérateur. La thèse permettra d’adapter les codes de calculs existants pour les solenoides à une géométrie dipôlaire afin de déterminer les meilleurs paramètres de bobinage et d’anticiper les comportements de la bobine finale. Le/la doctorant(e) participera aussi à la conception, à la réalisation et aux tests d’un ou plusieurs prototypes ainsi qu’aux développements technologiques nécessaires.

Afin d’augmenter les performances des futurs accélérateurs de particules, des électro-aimants supraconducteurs à haut champ (supérieurs à 10 T) à base de Nb3Sn sont développés. Le LEAS au CEA Paris-Saclay est impliqué dans plusieurs projets qui consistent à concevoir, fabriquer et tester des démonstrateurs d’aimants supraconducteurs à base de Nb3Sn générant jusqu’à 16 T. Ces forts champs et les forts courant requis (> 10 kA), génèrent de fortes contraintes sur le conducteur. La problématique principale de ces aimants est la sensibilité aux perturbations extérieures : la moindre libération d’énergie peut faire transiter brutalement le supraconducteur vers l’état résistif. Il est possible d’amener le supraconducteur vers un état stable à l’aide d’un « training » qui consiste à réaliser des transitions successives de manière à modifier progressivement les conditions initiales. Pour cela, il faut comprendre et maîtriser l’état de contrainte du supraconducteur. Le/la doctorant(e) mènera le développement et la mise en œuvre d’expériences ayant pour but d’étudier l’impact de la contrainte mécanique sur le training des aimants Nb3Sn. De plus le/la doctorant(e) prendra en charge le développement de modèles éléments finis qui permettront de simuler la phase de training. Ces travaux permettront de mieux comprendre et maitriser les phénomènes afin de repousser les limites des aimants Nb3Sn.