L'aimant du projet Iseult dans son arche avec sa ligne de quench visible au dessus et à gauche.
L’aimant Iseult de 11,75 T corps entier qui a été installé en 2017 est la pièce maîtresse d’un système d’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui repoussera les limites de l'imagerie cérébrale. La réussite de ce projet franco-allemand passe par le développement de prototypes qui ont validé les points clés de ce projet ambitieux en dépassant les frontières technologiques actuelles.
Qu’est ce que le projet Iseult ?
L’imagerie par résonance magnétique est un outil de diagnostic et de recherche pour les neurosciences. Dans ce contexte, le centre Neurospin accueillera depuis 2017 un aimant pour un imageur par résonance magnétique IRM de 11,75 teslas avec une ouverture de 90 cm de diamètre permettant le passage du corps entier d’un patient, et garantissant la meilleure homogénéité du champ magnétique dans la zone d’intérêt.
L’aimant, tout comme l’antenne radiofréquence de transmission et de réception fait l’objet du programme de recherche Iseult en collaboration avec des industriels majeurs du secteur, Guerbet, Siemens et Alstom. Ce projet sollicite des équipes importantes dans les services DACM, DIS et Dédip de l’Irfu.
Les défis d’Iseult
L’aimant Iseult comporte un certain nombre de caractéristiques qui le distinguent des aimants d’IRM conventionnels. Le bobinage principal de l’aimant, pesant 45 tonnes, doit être positionné le plus précisément possible autour du cerveau (à quelques dixièmes de millimètres). Le bobinage est réalisé à partir de plusieurs milliers de kilomètres de fils supraconducteurs en niobium titane bobinés en doubles galettes et parcourus par un courant de 1400 A stable à 0,05 ppm/h. Ce supraconducteur est maintenu à très basse température (1,8 K au dessus du zéro absolu) à l’aide de plusieurs milliers de litres d’hélium superfluide protégés de la température extérieure par une série d’enceintes, telle une gigantesque bouteille thermos.
Le confinement du champ magnétique dans la salle d’examen est réalisé grâce à un bobinage qui génère un contre-champ et annule le champ du bobinage principal à l’extérieur de l’aimant. Pour apprendre à maîtriser ces difficultés, les solutions proposées réclament un plan de développement comprenant, entre autres, la réalisation de prototypes et de stations d’essais spécifiques.
Quant à l’antenne radiofréquence, elle doit permettre une excitation homogène dans une zone la plus grande possible tout en minimisant la puissance dissipée dans les tissus organiques.
Description technique
Les principaux prototypes d’investigations sont décrits ci-dessous et comprendraient :
- Une bobine modèle supraconductrice de petite taille pour tester les principes d’homogénéisation à partir de blocs de doubles galettes.
- Un prototype d’échelle réduite pour l’étude des composants, des procédés de fabrication, des conditions de fonctionnement électromagnétique, thermiques et thermo hydrauliques envisagés pour l’aimant final.
- Un prototype dit échelle 1 réalisé à partir de l’assemblage de 8 ou 15 doubles galettes de conception définitive échelle 1 dans un cryostat pour effectuer des essais d’homogénéité et de stabilité de champ.
En parallèle, les tests de ces prototypes nécessitent la réalisation de stations de tests cryogéniques spécifiques. L’utilisation de ces stations sera aussi l’occasion d’évaluer et de valider les développements faits sur la cryogénie à 1,8K, le circuit d’alimentation électrique, le contrôle commande et la protection de l’aimant.
Spécificités
Les principales spécificités de cet aimant résident dans les points suivants :
o Etude et réalisation d’un aimant produisant un champ de 11,75T dans un diamètre de 900mm avec comme principales caractéristiques:
o Le niveau de champ (11,75T) jamais encore obtenu pour un aimant corps entier (900 mm de diamètre interne)
o Les dimensions de l’aimant (4 m de diamètre pour 4 m de long) et le poids (près de 150 tonnes)
o La technologie de réalisation du bobinage à l’aide de doubles galettes, analogue à celle employée sur ToreSupra, jamais encore utilisée pour des aimants d’IRM.
o Le courant utilisé sera supérieur à 1000 A ce qui nécessite un conducteur de grandes dimensions pouvant présenter des problèmes de stabilité intrinsèque avec des difficultés pour atteindre des densités de courant critique élevées.
o La cryostabilité du bobinage à 1,8 K.
o La nécessité d’un très grande nombre de jonctions à fort courant.
o Une homogénéité spatiale inférieure à 10-7 sur 10cm
o Une stabilité temporelle jusqu’à 10-10 par min, qui va demander le développement d’une technique d’alimentation en courant spécifique.
o Un blindage actif permettant un champ de fuite de l’ordre de 5Gauss à 10m longitudinalement et 5m radialement.
o L’utilisation d’un bain à 1,8K pressurisé et d’un liquéfacteur associé en permanence à l’aimant
Vue en perspective de l'aimant
Contribution de l'Irfu
Responsabilités scientifiques et techniques
Les responsabilités du Dapnia sont les suivantes :
Aimant 11,75 Tesla: FicheAimant
- Maîtrise d’œuvre de l’aimant 11,75T (leader du « sous-workpackage » correspondant.
- Étude générale de l'aimant.
- Étude de détail des composants et suivi industriel de leur réalisation (conducteurs, bobines, boite à bobine, etc....)
- Réalisation de prototypes.
- Suivi de l’assemblage de l’aimant.
- Essais de composants critiques.
- Essais et validation des prototypes.
- Essai et réception de l’aimant final.
Un banc de test doit être réaliser pour validation de composants: FicheSEHT
L'étude et la réalisation de l'antenne RF (500MHz): FicheAntenneRF
Contacts
Chef de Projet : Lionel Quettier
• Détection des rayonnements › Réalisations en réponse aux enjeux sociétaux Physique et technologie des aimants supraconducteurs
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM) • Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS)
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Dernière mise à jour : 20-11-2024
