LHC: le Synchrotron à protons paré pour des énergies plus élevées
Publié par Redbran le 20/02/2020 à 14:00
Source: CERN/Achintya Rao
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 (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) à protons (PS) en provenance du Booster (Le nom de booster (ou propulseur d'appoint) est donné au moteur-fusée qui est attaché aux navettes spatiales américaines.[1] Par généralisation, le terme peut...) du PS doivent être déviés de leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) pour suivre une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) circulaire. Cela est rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) possible grâce à deux éléments spécialisés de la ligne de faisceau: un puissant aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui...) à septum et un aimant de déflexion rapide. Ce dernier aimant est un électroaimant (Un électro-aimant est un organe électrotechnique produisant un champ électromagnétique lorsqu'il est alimenté en électricité. Il est constitué d'un bobinage et souvent d'une pièce en matériau ferromagnétique doux...) synchronisé avec précision, qui peut être mis en marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois...) 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 mot injection peut avoir plusieurs significations :). Le 31 janvier dernier, dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) 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 (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), puis connecté aux câbles d'alimentation et de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.).

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 (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983,...) de long. Chaque module reçoit du courant d'un générateur d'impulsions particulier, comprenant deux interrupteurs électriques haute puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) 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 (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) (SF6) à une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de 10 bars, assurant l'isolation nécessaire pour la tension (La tension est une force d'extension.) de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu...), de 80 kV. L'hexafluorure de soufre étant un puissant gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du...), 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 (Une ligne de transmission est un ensemble d'un (en réalité deux si l'on considère la masse), deux ou plusieurs conducteurs acheminant de concert un...) 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 (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.), 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 (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) permet de surveiller la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit...) 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 (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.). 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 (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels par leur mode de construction les grands ouvrages...) (Photos: Julien Ordan/CERN)
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