Posté par Redbran le Jeudi 20/02/2020 à 14:00
LHC: le Synchrotron à protons paré pour des énergies plus élevées
L’accélérateur en service le plus ancien du CERN dispose d’un nouvel aimant de déflexion rapide et recevra bientôt aussi un nouvel aimant à septum.

Le nouvel aimant à déflexion rapide du PS installé dans l'accélérateur (Image: Julien Ordan/CERN)

Avant de pouvoir être accélérés, les faisceaux de protons entrant dans le Synchrotron à protons (PS) en provenance du Booster du PS doivent être déviés de leur trajectoire pour suivre une orbite circulaire. Cela est rendu possible grâce à deux éléments spécialisés de la ligne de faisceau: un puissant aimant à septum et un aimant de déflexion rapide. Ce dernier aimant est un électroaimant synchronisé avec précision, qui peut être mis en marche et à l’arrêt en 100 ns environ, ce qui permet de produire une impulsion stable et uniforme n’affectant que les lots de faisceaux injectés, le faisceau qui circule déjà n’étant pas perturbé.

Une fois qu’aura pris fin le deuxième long arrêt (LS2) du complexe d’accélérateurs du CERN, le Booster du PS portera les particules à une énergie de 2 GeV, soit à une énergie près de 50 % supérieure à celle obtenue avant le LS2 (1,4 GeV). Le PS avait par conséquent besoin d’un nouvel aimant à septum et d’un nouvel aimant de déflexion rapide pour pouvoir supporter l’augmentation de l’énergie d’injection. Le 31 janvier dernier, dans le cadre du projet d’amélioration des injecteurs du LHC (LIU), le nouvel aimant de déflexion rapide a été installé, remplaçant ainsi celui qui était en service depuis 1979. L’aimant sera bientôt aligné, raccordé au système de vide, puis connecté aux câbles d’alimentation et de contrôle.

Comme l’aimant qu’il remplace, le nouvel aimant de déflexion rapide du PS est constitué de quatre modules identiques installés dans une enceinte à vide d’un mètre de long. Chaque module reçoit du courant d’un générateur d’impulsions particulier, comprenant deux interrupteurs électriques haute puissance et environ 280 mètres de "lignes formatrices d’impulsions", enroulées et stockées sur de gigantesques tourets. Ces lignes sont d’épais câbles coaxiaux remplis d’hexafluorure de soufre (SF6) à une pression de 10 bars, assurant l’isolation nécessaire pour la tension de charge, de 80 kV. L’hexafluorure de soufre étant un puissant gaz à effet de serre, il convient de veiller à ce qu’il soit manipulé et extrait en toute sécurité et à ce que le système ne présente aucune fuite.

Afin de limiter la dépendance vis-à-vis des câbles utilisant de l’hexafluorure de soufre, une partie de la ligne de transmission située entre le générateur d’impulsions et l’aimant a été remplacée par des câbles traditionnels. "Le travail consistant à déconnecter de l’aimant les câbles remplis d’hexafluorure de soufre pour y connecter les nouveaux câbles a mobilisé deux personnes et a exigé l’application de procédures très chronophages pour la manipulation des gaz, explique Thomas Kramer, du groupe TE-ABT (Transfert de faisceaux dans les accélérateurs). Par contre, les nouveaux câbles classiques disposent de connecteurs à ouverture rapide et ils peuvent être remplacés si nécessaire assez rapidement par une seule personne."

Thomas Kramer et ses collègues ont également remplacé, pour l’aimant de déflexion rapide, l’ancien système de contrôle analogique, dont une partie était en place depuis la construction du système, dans les années 1970. "Certains éléments construits à l’époque fonctionnent toujours de manière fiable", commente Thomas en souriant, précisant toutefois que le nouveau système numérique permet de surveiller la situation à distance.

Il reste un élément à installer, à savoir le nouvel aimant à septum. Il s’agit d’un dispositif délicat, utilisé dans le système d’injection et composé de deux cavités séparées par une fine paroi: l’une des cavités permet aux faisceaux provenant du Booster du PS d’entrer dans le PS, alors que l’autre cavité est utilisée pour les faisceaux en circulation. Le nouvel aimant à septum, qui a nécessité la construction d’un nouveau convertisseur de puissance, sera installé en amont de l’aimant dans les semaines à venir.

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Le nouvel aimant à déflexion rapide au cours de son installation dans le tunnel (Photos: Julien Ordan/CERN)
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