Division of accelerators, cryogenics and magnetism

Les aimants supraconducteurs sont une composante fondamentale des détecteurs de particules. Grâce au fort champ magnétique produit, ils permettent la déflection des particules chargées avec une déviation de la trajectoire originale plus ou moins marquée selon la masse et la charge de la particule même. Ce champ magnétique, généralement étendu sur plusieurs mètres cubes, doit être produit par des bobines les plus fines possibles, afin de favoriser la mesure de l’énergie des particules sortant de la zone de traçage du détecteur.

L’enjeu entre les dimensions et la composition de l’aimant et le passage des particules s’appelle « problème de la transparence ». La solution proposée jusqu’à aujourd’hui est l’utilisation des conducteurs stabilisés en aluminium, où le câble supraconducteur est entouré par une goulotte qui sert à la fois à stabiliser le conducteur et à lui donner une rigidité mécanique. Le faible module de Young de l’aluminium a comme conséquence une augmentation des dimensions des conducteurs et des structures de support, mauvaise pour la transparence de l’aimant. Toutefois, l’aluminium est un métal léger, et donc très transparent au passage des particules.

Aujourd’hui, le cadre géopolitique mondiale impose des nouveaux défis technologiques aux aimants supraconducteurs : la disponibilité des conducteurs en aluminium n’est plus assurée. Il faut donc évaluer l’utilisation d’autre matériaux comme stabilisant, notamment le cuivre, moins transparent mais plus robuste mécaniquement.

Est-il possible de trouver des géométries des conducteurs en cuivre qui permettent d’obtenir la même transparence avec les mêmes performances magnétiques ?

L’étude que j’ai conduite dans le cadre de mon stage va donner une réponse pour SOCRATE, l’aimant prévu pour le détecteur ATHENA du EIC au BNL. Après une introduction sur la problématique, je détaillerai comment l’utilisation des algorithmes génétiques multi-objectives appliqués à des modèles FE a permis de trouver des possibles candidats de design d’aimant. Je terminerai avec les perspectives envisagées et les possibles améliorations.

Merci,

Robin Penavaire