Division of accelerators, cryogenics and magnetism

Les rubans REBCO font partie des rares supraconducteurs actuellement disponibles de façon industrielle qui sont capables de fonctionner sous des inductions supérieures à 15 T aux températures de cryogénie classique (4,2 K). Cette caractéristique les rend quasiment irremplaçables dans le contexte des applications haut-champ.

Néanmoins, la mise en œuvre des rubans REBCO à l’intérieur de nouveaux aimants supraconducteurs se heurte à un problème posé par les courants d’écrantage : les supercourants induits dans le matériau en réponse au champ extérieur. Ceux-ci engendrent des perturbations sur le champ magnétique total produit par l’aimant : réduction de son amplitude, distorsions spatiales et instabilités temporelles. Ces multiples effets entrent généralement en conflit avec les exigences sur la qualité de champ attendue vis-à-vis de l’application cible. Ainsi, comprendre le phénomène des courants d’écrantages, être capable de prédire sa dynamique et, idéalement, disposer de solutions afin d’y remédier, sont des tâches cruciales pour assurer la réussite des futurs projets d’aimants supraconducteurs REBCO.

Cette thèse propose des éléments de réponse vis-à-vis de cette problématique. Le phénomène de courants d’écrantages y est tout d’abord approché de manière expérimentale au travers de la mesure de ses effets perturbateurs sur le champ magnétique de petits aimants tests REBCO. Les données expérimentales récoltées sont ensuite employées pour étayer le développement d’un modèle numérique de simulation magnétodynamique sous l’environnement open-source GetDP. Ce modèle est mis à l’essai avec de bons résultats dans le cas du dipôle 5,4 T EuCARD du CERN. Enfin dans une dernière partie, une investigation expérimentale est menée sur deux techniques capables de réduire, voire de supprimer intégralement, les impacts négatifs des courants d’écrantages sur le champ des aimants REBCO : le vortex shaking et l’overshoot en courant.

Au travers de ces développements, cette thèse entend fournir aux concepteurs de futurs aimants supraconducteurs REBCO des moyens d’anticiper et de traiter les problèmes posés par les courants d’écrantages.