Un banc d’essai pour le LHC à haute luminosité

Une opération impressionnante a récemment eu lieu dans le hall de test des aimants du CERN. Le nouveau système d'alimentation froide a été intégré avec succès à la chaîne de test des triplets internes (Inner Triplet String ou IT String) du LHC à haute luminosité (HL-LHC). Ce système novateur comprend une longue ligne de transport d'électricité mise au point pour transporter des courants intenses jusqu'aux aimants dans une large gamme de températures. Son installation dans la chaîne de test suit celle du nouveau système de protection et représente une étape importante du développement du HL-LHC.

Le HL-LHC est une amélioration majeure du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, qui a pour but d'augmenter le nombre collisions de particules (la luminosité) et ainsi d'accroître la quantité de données de physique pouvant être collectées.

Les triplets internes - des aimants de focalisation innovants - constituent un élément essentiel de cette amélioration. Ils seront installés de part et d'autre des points d'interaction des expériences ATLAS et CMS, avec de nouveaux systèmes d'alimentation, de protection et d'alignement et, tout comme les aimants du LHC, ils fonctionneront à 1,9 K (-271°C, une température encore plus froide que celle de l'espace intersidéral).

La chaîne de test des triplets internes du HL-LHC, en cours de construction en surface, dans le hall de test du LHC, est un banc d'essai formé des six aimants de focalisation supraconducteurs principaux - les triplets internes - et de leur technologie associée. L'agencement reproduira la configuration souterraine du HL-LHC. Une fois validé chacun des aimants et des systèmes associés, la chaîne de test des triplets internes servira à valider l'intégration de l'ensemble.

« Le projet testera des circuits d'aimants supraconducteurs dans des conditions aussi proches que possible de celles du tunnel du HL-LHC. Le but premier de ce test est de permettre aux équipes d'optimiser l'installation de ces éléments, de prévoir de potentiels travaux de réparation ou des interventions dans le tunnel et d'étudier le fonctionnement collectif des éléments», explique Marta Bajko, responsable de l'équipe chargée de la chaîne de test des triplets internes.

Le système d'alimentation froide, qui transfère le courant depuis les convertisseurs de puissance vers les aimants, est composé d'une liaison supraconductrice à haute température critique d'environ 75 mètres de long réalisée à partir de nouveaux matériaux supraconducteurs, tels que le diborure de magnésium. Cette liaison supraconductrice à haute température critique présente la capacité extraordinaire de transporter un courant de 120 000 ampères, de manière compacte et quasiment sans perte d'énergie. Le courant est transféré depuis 20 convertisseurs de puissance, qui fonctionnent à température ambiante et sont situés dans un nouveau tunnel spécialement construit pour les recevoir, jusqu'aux aimants maintenus à 1,9 K.

« Cette avancée est l'aboutissement de dix ans de travaux de développement concernant différents aspects du système d'alimentation froide. Huit de ces systèmes seront installés sous terre dans le LHC une fois qu'ils auront été entièrement qualifiés. L'équipe du CERN en charge du transport a joué un rôle important dans cette installation complexe », rapporte Amalia Ballarino, responsable du système d'alimentation froide du HL-LHC.

La manutention du système d'alimentation froide, qui pèse environ cinq tonnes, a nécessité deux ponts roulants entièrement synchronisés et toute une équipe pour déplacer le système manuellement et ajuster sa position, celui-ci étant déroulé depuis une énorme bobine.

« Avant d'effectuer la manœuvre, nous avons élaboré une procédure d'intégration et d'assemblage complexe et mené une analyse des risques pour chaque étape. Pour cette analyse, nos équipes ont procédé à des études méticuleuses et à des simulations, et ont également mené de vastes campagnes de tests en conditions réelles », explique Stefanos Spathopoulos, ingénieur du CERN en charge de la conception et de la production des éléments mécaniques clés et de la planification de l'opération.

Ces activités jettent les bases des futures étapes de la chaîne de test des triplets internes, la prochaine phase cruciale étant l'installation des aimants.