HL-LHC: des aimants petits mais costauds

La taille des aimants est un élément essentiel pour un accélérateur, car elle en détermine la circonférence et la puissance finales. Au printemps dernier, Fermilab a présenté un aimant de 10,4 teslas plus court que les aimants de 8 teslas actuellement en place dans le LHC. Ces nouveaux aimants seront une roue précieuse du carrosse du HL-LHC, prochaine étape du puissant accélérateur.

Le projet HL-LHC (High Luminosity LHC) incarne le futur du LHC: dès 2020, il devrait permettre la production d'un nombre de collisions beaucoup plus élevé qu'actuellement. Projet d'envergure, ce nouvel accélérateur n'est pas sans poser d'importants défis techniques... dont certains sont, semble-t-il, en passe d'être résolus.

Deux conditions sont nécessaires à la mise en place du HL-LHC: l'installation d'aimants plus puissants pour diriger les faisceaux; et l'insertion de collimateurs supplémentaires pour palier à l'augmentation des radiations. Or, comment ajouter des collimateurs sur un anneau de 27 kilomètres déjà ric rac? En remplaçant les aimants actuels par des aimants plus courts... mais plus puissants. Ce que viennent justement de mettre au point les ingénieurs de Fermilab, en collaboration avec le CERN. La graine a été plantée en 2010 à l'initiative de Lucio Rossi, chef du groupe 'Aimants, supraconducteurs et cryostats' du CERN, explique Giorgio Apollinari, chef de la Division Technique à Fermilab. Au cours d'une discussion, il a suggéré de remplacer certains dipôles de 8 teslas du LHC par des aimants de 11 teslas moins longs. Cette idée correspondait aux lignes de R&D de Fermilab, notamment dans le cadre du Muon Collider, nous avons donc lancé le projet collaboratif."

Et les résultats n'ont pas traîné. Au printemps 2012, seulement 20 mois après le coup d'envoi des recherches, Fermilab présentait un aimant de 10,4 teslas, qui correspondrait à un aimant de 11 m de long. Une petite révolution quand on sait que les aimants actuels mesurent 14 mètres. "Nous avons pu réaliser cette performance grâce à l'utilisation du niobium-étain (Nb3Sn) au lieu du niobium-titanium (Nb-Ti) utilisé dans les années 90 pour fabriquer les câbles supra des aimants du LHC", ajoute Giorgio Apollinari.

Étant donné ce que la collaboration Fermilab-CERN a été capable d'accomplir en moins de deux ans, on parie que les 11 teslas sont pour bientôt...