Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a besoin de types spécifiques d’aimants pour contrôler étroitement les faisceaux de particules à ses points de collision. Appelés quadripôles de focalisation finale, ces aimants sont installés dans les régions d'interaction du LHC autour des expériences. Pour la mise à niveau à haute luminosité du LHC (HL-LHC), les aimants de focalisation finale d'ATLAS et de CMS devront être remplacés. Des tests au CERN ont maintenant confirmé que les aimants quadripolaires nouvellement conçus pour les remplacer fonctionneront.
Contrairement aux aimants du LHC, qui sont fabriqués à partir de niobium-titane (Nb-Ti), les nouveaux aimants sont fabriqués à partir d'un matériau plus complexe :le niobium-étain (Nb3Sn). "Compte tenu de la fragilité du Nb3Sn et du fait que ses bobines sont très rigides, l'assemblage des aimants Nb3Sn nécessite une attention particulière", explique José Miguel Jiménez, chef du département Technologie. "Cela représente un défi bien plus important que pour les aimants Nb-Ti."
Le département Technologie du CERN développe une série de dix aimants (huit, plus deux de rechange), mesurant chacun 7,2 mètres de long. Ce travail s'appuie sur le projet de mise à niveau de l'accélérateur HL-LHC (AUP), basé aux États-Unis, qui fabrique actuellement 20 (16, plus quatre pièces de rechange) aimants quadripolaires, chacun mesurant 4,2 mètres de long.
Des tests récents au Laboratoire Fermi ont montré que ces aimants fonctionnent au courant cible à la fois de 1,9 kelvin (-271,25°C) et de 4,5 kelvin (-268,65°C), répondant ainsi aux exigences du projet. L'équipe du CERN s'appuie sur la même conception et des procédures de fabrication similaires que l'AUP, mais en les adaptant jusqu'à des aimants de 7,2 mètres de long.
"La contribution de nos collègues américains a joué un rôle déterminant dans le développement de la conception et des procédures de ces aimants, et les vérifications croisées régulières des données de fabrication et de test ont aidé les équipes des deux côtés de l'Atlantique à surmonter de nombreux défis", déclare Ezio Todesco. , qui est responsable des aimants de la région d'interaction HL-LHC.
Le test réussi au CERN, qui s'est déroulé d'août à octobre, a atteint le courant cible de 16,53 kA à 1,9 K et 4,5 K. Le courant cible correspond à l'exploitation du LHC à 7 TeV, plus une marge de 300 A. Bien que l'exploitation soit prévue à 1,9 K, la capacité à atteindre le courant cible à 4,5 K confirme la robustesse de la conception et une marge d'exploitation confortable pour le HL-LHC et au-delà.
Il s'agit du troisième aimant pleine longueur à être testé dans le cadre d'un plan de récupération décidé après que des limitations de performances ont été observées sur les deux premiers prototypes. Les autres aimants n'ont montré aucun signe de dégradation lors des tests, mais étaient toujours limités à un courant inférieur à la cible lorsqu'ils fonctionnaient à 4,5 K. L'équipe du CERN a interrompu la production pour étudier cette limitation. En améliorant la conception de la coque extérieure, en réduisant les contraintes maximales sur l'aimant lors de l'assemblage de la bobine et en modifiant les paramètres du processus de fabrication de la bobine, ils ont éliminé les limitations et le troisième aimant a surpassé ses prédécesseurs.
"Merci à tous les contributeurs pour les excellents résultats, le travail d'équipe efficace et pour avoir développé des solutions d'ingénierie pratiques et robustes pour amener la technologie niobium-étain au niveau de maturité requis pour les applications d'aimants d'accélérateur", déclare Arnaud Devred, chef du groupe TE-MSC.
"C'est un résultat fantastique pour le projet", déclare Oliver Brüning, chef du projet HL-LHC. "Cela signifie que le niobium-étain est viable pour les aimants d'accélérateur de 7 mètres de long et constitue une technologie habilitante pour le HL-LHC."
Fourni par le CERN
