Les aimants du LHC entourent le tube de faisceau sur sa circonférence de 27 km. Crédit :CERN
Lorsque le Grand collisionneur de hadrons (LHC) commencera l'exécution 3 l'année prochaine, les opérateurs visent à augmenter l'énergie des faisceaux de protons à un niveau sans précédent de 6,8 TeV. Cela signifie les milliers d'aimants supraconducteurs, dont les champs dirigent les faisceaux autour de leur trajectoire, besoin de s'habituer à des courants beaucoup plus forts après une longue période d'inactivité pendant LS2. Cela se fait par le biais d'un processus continu de « formation à l'aimant ».
Matteo Solfaroli, membre du groupe Opérations LHC, supervise la coordination de la mise en service du matériel pour le LHC. Son travail consiste à entraîner chaque chaîne d'aimants (appelée circuit), en les amenant progressivement à leurs courants nominaux. "C'est un grand projet car nous avons environ 1600 circuits supraconducteurs dans le LHC, allant d'un courant nominal de 60 ampères à 13 kiloampères, " dit-il. " Ce sont de très gros circuits, et nous devons tous les tester individuellement - nous parlons d'environ 12 000 tests."
Si les aimants n'étaient pas entraînés, les courants élevés leur feraient subir un phénomène aléatoire appelé « trempe, " où une petite section de la bobine magnétique surchauffe. Les aimants sont conçus pour empêcher la bobine de brûler en répartissant cette chaleur sur l'ensemble de l'aimant. Cependant, cela se traduit par un échauffement de l'aimant et de certains de ses voisins, les faisant passer au-dessus de la température critique, où ils sont très résistifs et incapables de fournir le champ magnétique requis.
Après qu'une trempe s'est produite, l'aimant doit être refroidi à nouveau dans des conditions cryogéniques avant qu'un courant puisse être à nouveau exécuté. L'équipe Powering Tests répète le processus d'augmentation du courant jusqu'à ce que les aimants puissent supporter leur courant nominal sans extinction.
Courant dans un circuit dipôle principal pendant l'entraînement. Le gradient constant est la montée en puissance progressive du courant, et la décroissance exponentielle est l'extraction sûre du courant lorsque le système de protection de trempe détecte une trempe. Crédit :Équipe Powering Tests/CERN
Cela fonctionne parce que les aimants ont une "mémoire".
"L'aimant s'ajuste au nouveau niveau actuel, " a déclaré Solfaroli. C'est un principe similaire à tout autre type d'entraînement :si vous avez déjà commencé à courir, vous saurez qu'à chaque session, vous pouvez courir plus longtemps sans vous arrêter, jusqu'à ce que vous atteigniez un point où vous pouvez courir pendant une période prolongée. La mémoire musculaire augmente votre endurance. De la même manière, la mémoire magnétique augmente leur endurance pour résister à des courants élevés pendant des périodes prolongées sans extinction.
Les huit plus grands circuits d'aimants dipolaires du LHC doivent supporter un courant de 11 500 ampères. "Le problème est que les phénomènes de trempe peuvent se produire dans n'importe lequel des aimants, " dit Solfaroli. " Pour les petits circuits, l'extinction n'est pas un problème particulier car il s'agit d'une récupération rapide. Mais pour les circuits dipolaires principaux, le temps de récupération est compris entre huit et douze heures."
A quoi ressemblent les quenchs dans le CCC - les blocs verts montrent les aimants aux conditions nominales et les blocs rouges montrent les aimants sur lesquels le système de protection quench a réagi. Crédit :Équipe Powering Tests/CERN
L'ensemble du processus :montée en puissance du courant pour chaque circuit; trempe; le refroidir et la répétition est longue. Combiné avec tous les tests et autres processus, toute la préparation de l'aimant peut prendre huit ou neuf mois, comme un entraînement pour courir un marathon.
L'équipe Powering Tests s'attend à ce que les aimants soient complètement entraînés d'ici la fin de cette année.
