Le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) : une nouvelle génération de magnétisme

Le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) est sur le point de subir une transformation majeure. Les tests récents ont confirmé que les nouveaux aimants quadrupolaires, conçus pour remplacer les anciens, fonctionneront comme prévu. Ces aimants sont essentiels pour contrôler précisément les faisceaux de particules aux points de collision du LHC.

Le LHC nécessite des types spécifiques d’aimants pour contrôler de manière précise les faisceaux de particules à ses points de collision. Ces aimants, appelés quadrupôles de focalisation finale, 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 quadrupôles de focalisation finale à ATLAS et CMS devront être remplacés.

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 difficile à travailler : 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.

Des tests concluants

Le département Technologie du CERN développe une série de dix aimants (huit, plus deux de rechange), chacun mesurant 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 de rechange) aimants quadrupolaires, chacun mesurant 4,2 mètres de long.

Les tests réussis au CERN, qui se sont déroulés d’août à octobre, ont atteint le courant cible de 16,53 kA à la fois à 1,9 K et à 4,5 K.

Le courant cible correspond à l’opération LHC de 7 TeV, plus une marge de 300 A. Bien que l’opération 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’opération confortable pour le HL-LHC et au-delà.

Il s’agit du troisième aimant en longueur réelle testé dans le cadre d’un plan mis en place après que des limitations de performance ont été constatées sur les deux premiers prototypes. Les autres aimants n’ont montré aucun signe de dégradation lors des tests, mais à 4,5 K, il n’était pas possible d’atteindre l’intensité visée.

L’équipe du CERN a mis la production en pause afin de trouver l’origine du problème. En améliorant la conception de la coque extérieure, en réduisant les contraintes maximales exercées sur l’aimant pendant l’assemblage de la bobine et en modifiant les paramètres du processus de fabrication de la bobine, elle a éliminé ces limitations et le troisième aimant a surpassé ses prédécesseurs.

« C’est un résultat formidable pour le projet, souligne Oliver Brüning, chef du projet HL-LHC. Cela signifie que la technologie du niobium-étain est viable pour les aimants d’accélérateurs de 7 mètres de long et va permettre la réalisation du HL-LHC. »

En synthèse

La réussite de ces tests est une étape importante pour le projet HL-LHC. Elle signifie que le niobium-étain est viable pour des aimants d’accélérateur de 7 mètres de long et est une technologie habilitée pour le HL-LHC.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) ?

Le LHC est le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules du monde, situé au CERN, près de Genève, en Suisse.

Qu’est-ce que le niobium-étain (Nb3Sn) ?

Le niobium-étain est un matériau supraconducteur utilisé pour fabriquer des aimants de haute performance pour les accélérateurs de particules.

Qu’est-ce que la mise à niveau à haute luminosité du LHC (HL-LHC) ?

La mise à niveau HL-LHC vise à augmenter la luminosité du LHC, ce qui permettra d’augmenter le nombre de collisions de particules et d’améliorer la probabilité de découvrir de nouvelles particules.

Qu’est-ce que le courant cible ?

Le courant cible est le courant électrique que les aimants doivent atteindre pour fonctionner correctement dans le LHC.

Qu’est-ce que le niobium-titane (Nb-Ti) ?

Le niobium-titane est un matériau supraconducteur utilisé dans la fabrication des aimants actuels du LHC.

Références

Légende illustration principale : Le test réussi de l’aimant en niobium-étain du CERN ouvre de nouvelles perspectives pour la mise à niveau du LHC à haute luminosité. The MQXFB03 magnet, 7.2 metres long. This is the first of ten magnets required for the HL-LHC. (Image: CERN)

Source : Communiqué du CERN