Alimentation du LHC : en route pour la production en série !


Une amenée de courant à 13 kA. La pièce mesure 1,5 m de longueur. Sa partie inférieure est composée d'un supraconducteur haute température (Bi-2223) qui fonctionne entre 50 K à 4,5 K. Sa partie supérieure, constituée d'un échangeur de chaleur, permet le passage de la température ambiante à 50 K.

Les pré-séries des amenées de courant, qui alimenteront les aimants du LHC, ont passé avec succès leur dernier test, permettant d'amorcer la production en série.

C'est parti ! La production en série des amenées de courant supraconductrices des aimants du LHC a commencé depuis peu. La phase de recherche et développement, commencée en 1996, s'est achevée mi-mars, lorsque les dernières pré-séries ont été testées, avec succès, dans le bâtiment SM18. Il s'agissait de la pré-série des amenées à 600 ampères, comprenant un supraconducteur à haute température (HTS), en ruban de Bi-2223 avec une matrice en alliage d'argent. 
Trois types d'amenées de courant, incorporant ce matériau, existent, à trois niveaux d'intensité différents : 13 000 A, 6 000 A, et 600 A. Au total, les aimants du LHC seront alimentés par 1,7 millions d'ampères, conduits par 64 amenées du premier type (13 000 A), 258 du second type (6 000 A) et 708 du troisième (600 A). Cela nécessite 30 km de ruban de HTS, dont la production est déjà en bonne voie.
Environ 10 000 faisceaux, de 7 à 9 rubans - 4 mm de largeur et 0,2 mm d'épaisseur - seront soudés au CERN, où ils passeront des tests électriques à 77 kelvins, avant d'être livrés aux fabricants des amenées. Le gros de la production des amenées a été confiée à une entreprise italienne et au BINP (Budker Institute for Nuclear Physics) en Russie. Le reste de la production sera fabriquée dans les ateliers de TS, au CERN.
Les deux premières pré-séries d'amenées à 13 kA ainsi que quatre à 600 A ont été assemblées dans ces ateliers. « Des techniques fiables ont été déployées par le Support Technique pour assembler ces amenées : brasage sous vide, soudage, traitement de surface. Ce travail est un excellent exemple de collaboration fructueuse entre AT et TS », se félicite Amalia Ballarino (AT-MEL), chef du projet, chargée de la conception, du développement, et de la spécification de toutes les amenées de courant du LHC.
« La technologie de la supraconductivité à haute température réduit la dissipation de chaleur dans l'environnement cryogénique d'un facteur dix. Et rend les amenées de courant trois fois plus efficaces que des classiques », poursuit-elle.
Le supraconducteur à haute température fonctionne entre 50 et 4,5 K. Il est intégré dans la partie inférieure des amenées (voir la photo), dont les derniers centimètres plongent dans l'hélium liquide. De là, les barres omnibus (bus-bars) amènent le courant jusqu'aux aimants fonctionnant à 1,9 K.
La partie supérieure des amenées assure, pour sa part, le passage du courant, de la température ambiante à 50 K. Cela, grâce à un échangeur de chaleur, refroidi par de l'hélium gazeux entre 5 et 20 K - disponible en grande quantité dans le système cryogénique du LHC.
Ainsi, le courant passe de la température ambiante à 50 K, via l'échangeur de chaleur, puis à 4,5 K dans le bain d'hélium, via le supraconducteur à haute température, pour arriver enfin au câble supraconducteur à basse température.
La conception des amenées a été entièrement réalisée au CERN, prenant en compte les caractéristiques électriques et thermo-dynamiques requises ainsi que les contraintes de taille dans le tunnel du LHC. « Cette approche a permis de réduire considérablement les coû ts », précise Amalia Ballarino, qui commente, par ailleurs : « grâce à l'expérience acquise dans les ateliers du CERN, je suis confiante quant à la production en série qui s'amorce au BINP ».


Zoom sur la partie inférieure d'une amenée de courant à 13 kA. Le supraconducteur à haute température (sur la photo à gauche) rejoint le supraconducteur à basse température (à droite). Plongé dans l'hélium liquide, celui-ci est relié aux barres-omnibus transportant le courant jusqu'aux aimants du LHC.