Thématique et contexte du projet L’aimant toroïdal central fait partie du système magnétique du détecteur de l'expérience Atlas pour le LHC. Un aimant toroïdal bouchon et un solénoïde central supraconducteurs complètent le système. L'IRFU a été responsable de l'intégration des huits bobines dans leur masse froide et dans leur cryostat.
Localisation Hall 180 du Cern sur le site de Meyrin
Collaboration Un accord de collaboration a été signé en 1996 avec le Cern dans lequel l'IRFU (le Dapnia à cette époque) est responsable de la conception et du suivi de réalisation du toroïde. Cet accord est décliné en plusieurs phases, phase A pour la conception, phase B pour la réalisation , phase C pour les tests des bobines en surface et dans la caverne et phase D pour l'assemblage.
La phase B couvre l'intégralité de ce projet.
Le Dapnia a été en interaction étroite avec le Cern qui a eu en charge la gestion des infrastructures du hall d'assemblage et avec le LASA Milan, un laboratoire de l'INFN, qui a en charge le suivi des écrans thermiques.
Moyens d'investigation
Instruments
Spécificités La première spécificité est liée à la taille des bobines (25m de long) qui requiert des opérations de manutention inhabituelles lors des montages.
D'autre part pour l’intégration des masses froides, une technique d’assemblage a été développée afin de prendre en compte les importantes forces magnétiques appliquées sur le conducteur. Chaque bobinage est inséré dans une boîte à bobine, support mécanique du bobinage, et précontraint à l’aide de baudruches travaillant comme des cales expansibles. Ces baudruches sont tout d’abord remplies de billes de verre et d’argon gazeux, puis le gaz résiduel est évacué et remplacé par de la résine époxyde, de faible viscosité et de longue durée de vie, injectée à 2 bars. La polymérisation de la résine s’effectue en montant la température de la bobine jusqu’à 70°C au moyen d’un courant dans le conducteur, puis en augmentant la pression dans les baudruches jusqu’à 125 bars. Un palier final à 125°C est maintenu pendant trente heures pour compléter la polymérisation.
L’enceinte à vide d’une bobine est un tube de 1,1m de diamètre en forme d’hippodrome de 25m de long. Elle est constituée de plaques de 10 mm d’épaisseur en acier inoxydable roulées et soudées. Les tolérances dimensionnelles sont inférieures à 5mm sur toute la longueur, ce qui représente un défi technique pour ce type de fabrication.
La masse froide est supportée à l’intérieur de l’enceinte à vide par 8 biellettes et 32 butées froides. Les biellettes sont réalisées dans un alliage de titane Extra Low Interstitial. Après l’usinage final, les biellettes sont testées à 4,2K jusqu’à la charge d’épreuve de 250t. Les butées froides sont fabriquées à partir de deux tubes en matériau composite (fibre de verre et résine époxy) qui acceptent le déplacement de 45mm dû au refroidissement. Pour cela une sphère recouverte d’une projection de téflon glisse sur une plaque en acier inoxydable, dont la géométrie a été optimisée pour réduire les concentrations de contrainte et les éventuelles dégradations du revêtement.
Trois zones de travail sont utilisées durant l’intégration d’une masse froide dans son cryostat. Les opérations démarrent avec le collage des circuits de refroidissement composés de deux lignes redondantes. Les biellettes et les butées cryogéniques sont installées à cette étape. Les capteurs de température, de tension et de contrainte sont alors mis en place, suivis des écrans thermiques et de la superisolation. Après cette opération, la masse froide est insérée dans l’enceinte à vide qui est alors fermée et soudée. Des contrôles géométriques précis sont faits tout au long des opérations d’intégration pour préparer le positionnement final des bobines dans la caverne.
Une attention particulière est portée sur l'étanchéité stricte à l'hélium de tous les tuyaux d'alimentation cryogéniques, grâce à un rigoureux contrôle qualité.
Responsabilités scientifiques et techniques Le Dapnia a été responsable de la supervision des chantiers d'intégration et de montage des aimants.
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Dernière mise à jour : 21-11-2024
