Dernières nouvelles du LHC : les essais de mise sous tension des circuits supraconducteurs ont commencé
Suite à la longue campagne de maintenance et de consolidation menée durant le LS1, la machine se prépare à redémarrer avec des faisceaux de 6,5 TeV, pour le plus grand bonheur du monde de la physique ! Mais avant cela, il convient de vérifier que tous les systèmes matériels et logiciels fonctionnent de manière sûre et correcte.
La plupart des circuits froids (ceux ayant un courant élevé et accumulant une grande quantité d’énergie) possèdent un système sophistiqué de protection des aimants qui est crucial pour détecter une transition résistive d’une bobine (le passage de l’état supraconducteur à l’état résistif) et pour extraire en toute sécurité l’énergie stockée dans les circuits (environ 1 GJ par circuit de dipôle à l’intensité nominale).Le fonctionnement du LHC repose sur 1 232 dipôles supraconducteurs dont le champ peut atteindre 8,33 T dans un milieu d'hélium superfluide à 1,9 K, et sur plus de 500 quadripôles supraconducteurs refroidis à la température de 1,9 K ou 4,2 K. Afin de pouvoir corriger l’ensemble des paramètres de faisceau, on utilise de nombreux autres aimants supraconducteurs et aimants résistifs, ce qui porte le nombre total d'aimants à plus de 10 000. Près de 1 700 convertisseurs de puissance sont nécessaires pour alimenter ces circuits supraconducteurs.
La mise en service des circuits supraconducteurs est un long processus. Tous les systèmes de verrouillage et de protection doivent être testés, avant et pendant la montée progressive en intensité. Il faut en principe trois à cinq semaines pour mettre en service un circuit de dipôles. Au total, plus de 10 000 étapes d’essai doivent être effectuées sur les circuits du LHC et analysées par les spécialistes de la protection de la machine.
Cette année, l’augmentation de l’énergie (et par conséquent du courant alimentant chaque circuit) quasiment jusqu’aux valeurs nominales constitue un défi supplémentaire pour la mise en service des circuits supraconducteurs. En effet, lorsqu'un aimant supraconducteur approche de sa performance maximale, on lui fait subir des transitions résistives à répétition, les « transitions d’entraînement ». Les transitions résistives sont causées par le relâchement soudain des contraintes électromécaniques et un échauffement local au-delà de la température de transition. La bobine entière se réchauffe alors. Elle doit donc être refroidie de nouveau. Pour les dipôles du LHC, l’opération peut prendre plusieurs heures. À ce jour, les aimants des dipôles ont déjà été entraînés pour deux secteurs du LHC. Il a fallu respectivement 20 et 7 transitions résistives pour pouvoir atteindre l’intensité correspondant à une énergie de 6,5 TeV, et respectivement 10 et 4 jours effectifs pour entraîner les aimants.
En ce qui concerne la préparation générale de la machine, les essais de mise sous tension ont à présent commencé dans cinq des huit secteurs du LHC : environ 30 % des étapes d’essai ont été exécutées, et les principaux dipôles et quadripôles ont été préparés pour les essais dans la moitié de la machine ; toutes les activités préparatoires devraient s’achever dans environ trois semaines et les circuits devraient être tous mis en service dans le courant du mois de mars.
par Mirko Pojer, Matteo Solfaroli
