Dernières nouvelles du LHC : une disponibilité exceptionnelle

Le LHC a pris un excellent départ cette année, et a déjà produit trois fois la luminosité obtenue en 2015. L’un des facteurs cruciaux de la magnifique performance réalisée jusqu’ici est la disponibilité sans précédent de la machine.

Comparaison de la production de luminosité intégrée dans le LHC entre 2011 et 2016 et, en pointillé, performance prévue à la fin de l’année passée pour l’année 2016.

Après l’arrêt hivernal 2015-2016, le LHC a recommencé à fonctionner avec faisceaux en mars 2016. Entre le redémarrage et le premier arrêt technique (TS1), en juin, l’intensité des faisceaux du LHC a été augmentée graduellement, jusqu’à parvenir à un fonctionnement avec 2040 paquets par faisceau. L’arrêt technique des 7 et 8 juin a été raccourci afin d’augmenter au maximum le temps disponible pour la production de luminosité, destinée aux expériences LHC, avant les conférences de l’été. Après l’arrêt technique, l’exploitation a repris et les niveaux de performance atteints auparavant ont rapidement été retrouvés. Le LHC a fonctionné sans interruption depuis, avec jusqu’à 2076 paquets par faisceau.

Depuis l’arrêt technique, une luminosité intégrée totale de plus de 9 fb^-1 pour ATLAS et CMS a été enregistrée, en plus des 3 fb^-1 déjà enregistrés en 2016, avec un taux de production dépassant sensiblement les prévisions, grâce à une excellente disponibilité de la machine. Dans la période qui a suivi le TS1, le LHC a fonctionné pendant environ 80 % du temps total prévu, avec seulement 20 % du temps passé à traiter les défaillances. Il s’agit d’un résultat extraordinaire pour une machine aussi complexe que le LHC ; cela représente une amélioration de plus de 10 % par rapport à 2015. L’expérience acquise pendant la première période d’exploitation a amélioré considérablement l’efficacité opérationnelle, permettant au cycle de la machine de se dérouler sans heurt. Par conséquent, le temps total pendant lequel les faisceaux entrent en collision, appelé aussi « efficience faisceaux stables », a dépassé 50 %. Ce chiffre est particulièrement impressionnant si on le compare à la valeur correspondante pour l’année 2015, à savoir 33 %.

Ces dernières semaines, la durée moyenne pendant laquelle la machine présentait des faisceaux stables était de 13,7 heures, contre 6,3 heures pendant l’exploitation de 2015 effectuée avec un espacement de 25 ns. La meilleure fiabilité de chacun des systèmes contribue fortement au bon fonctionnement de la machine. Tout cela a été rendu possible par les efforts coordonnés des groupes chargés des dispositifs matériels, par exemple pour la cryogénie, la protection contre les transitions résistives, les convertisseurs de puissance, la radiofréquence, la collimation, l’injection et d’autres éléments, visant à améliorer la fiabilité de ces systèmes et à optimiser leur maintenance. Cette année, on peut souligner tout spécialement l’absence de défaillances causées par le rayonnement sur l’électronique située dans le tunnel, et ce malgré un niveau de radiation plus élevé en raison de la production accrue de luminosité. C’est le résultat du travail important réalisé sous la coordination de l’équipe chargée des activités relatives au rayonnement sur l’électronique.

Le 26 juin, le LHC a atteint pour la première fois sa luminosité de crête nominale, 1 x 10³⁴ cm^-2s^-1. Les faisceaux injectés sont restés 37 heures dans la machine, encore un record, et ont produit 0,7 fb^-1 de luminosité intégrée avant d’être finalement arrêtés par le groupe Opérations. C’est un résultat impressionnant, en particulier si l’on tient compte du fait que le LHC fonctionne toujours à 6,5 TeV, au-dessous de la luminosité nominale, 7 TeV.

Au 5 juillet, 23 remplissages avaient permis d’obtenir des faisceaux stables, et six d’entre eux ont été arrêtés par les opérateurs après 20 à 30 heures. Tous les autres remplissages ont produit des collisions jusqu’à ce que l’apparition d’une défaillance entraîne un arrêt de faisceaux. Cette manière de procéder a été choisie par l’équipe de coordination du LHC en raison des excellents temps de vie de la luminosité, plus de 30 heures, ce qui a permis des remplissages productifs de plus d’une journée.

Malgré une performance excellente dans son ensemble, le LHC a subi quelques défaillances après le premier arrêt technique. En particulier, une infiltration d’eau dans le tunnel du LHC a provoqué une inondation dans la zone de service du point 3, le 21 juin. Plusieurs systèmes ont été touchés, notamment les baies de contrôle des systèmes de collimation situés à proximité. Plusieurs câbles de contrôle ont été endommagés par les infiltrations d’eau et ont dû être remplacés. Les travaux dans le tunnel ont pris du retard en raison d’un problème survenu sur l’ascenseur au point 3, également dû à l’inondation. Le temps d’interruption total du LHC à la suite de cet événement a été d’environ 65 heures.

En outre, quelques causes récurrentes d’arrêts de faisceaux prématurés continuent d’être repérées. Quatre arrêts ont été causés par des pertes de faisceaux dues à l’interaction avec des particules de poussière se trouvant sur la trajectoire du faisceau (appelées UFO, ou objets tombants non identifiés). Ces interactions ont toutes été observées au même point de la machine, à proximité du point 1 du LHC, en direction du point 8. Les UFO ne présentent pas de risque pour la sécurité de la machine mais, étant donné qu’ils réduisent sa disponibilité, les paramètres des détecteurs de perte de faisceaux ont été légèrement optimisés le 4 juillet, afin de pouvoir gérer les pertes induites.

Malgré ces éléments, au vu de l’excellent début de l’exploitation de 2016, de nouveaux records de production de luminosité devraient être battus avant le prochain arrêt technique de fin d’année.

par Andrea Apollonio for the LHC team