Des chambres à vide pleines d’idées pour le synchrotron suédois
Le groupe Vide, surfaces et revêtements du CERN a contribué au développement des chambres à vide du synchrotron MAX IV, tout juste inauguré en Suède.
Une section du nouveau synchrotron de 3 GeV de MAX IV au moment de l’installation. On aperçoit au centre des aimants la chambre à vide développée en collaboration avec le CERN. (Photo : Marek Grabski, MAX IV Vacuum group)
Le 21 juin dernier, le roi et le premier ministre de Suède inauguraient MAX IV, un tout nouveau synchrotron, à Lund, en Suède. Le solstice d’été, jour le plus lumineux de l’année, avait été choisi à dessein pour la cérémonie : MAX IV, synchrotron de dernière génération, délivrera à plus de 2 000 utilisateurs des rayons X d’une brillance jamais égalée.
À quelque 1 500 kilomètres de là, une équipe du CERN suivait l’inauguration avec un brin de fierté. Le groupe Vide, surfaces et revêtements du département Technologie (TE-VSC) a en effet participé à la construction de ce nouveau synchrotron. Sa contribution se niche au cœur même de l’accélérateur, dans les chambres à vide. Le groupe a développé le revêtement de la plupart des chambres à vide du plus grand des deux anneaux, de 528 mètres de circonférence, et d’une énergie de 3 GeV.
Le groupe du CERN a été sollicité pour développer le revêtement des chambres à vide avec du matériau NEG (« Non Evaporable Getter »). D’une épaisseur micrométrique, la couche mince de NEG assure un vide poussé : elle piège les molécules de gaz résiduel et réduit la libération de molécules générées par le bombardement des photons. La technologie a été développée au CERN à la fin des années 1990 pour le LHC : six kilomètres de chambres à vide, les sections droites de l'accélérateur à température ambiante, en sont recouverts. Le CERN a ainsi acquis une expertise unique en la matière, mondialement reconnue.
Prototype pour le développement du traitement de surface au CERN des chambres à vide de MAX IV. (Photo : Pedro Costa Pinto/CERN)
« Le projet MAX IV était extrêmement exigeant car la section des chambres à vide est très petite, de seulement 2,4 centimètres contre 8 cm pour celle des chambres à vide du LHC, explique Paolo Chiggiato, le chef du groupe TE-VSC. De surcroît, certaines portions ont des géométries complexes. » La lumière synchrotron est en effet extraite vers des zones expérimentales tous les 26 mètres. Au point d’extraction, la chambre est formée de deux tubes qui divergent progressivement.
Impliqué dans le projet en 2014, le groupe du CERN a développé la technique de traitement chimique de surface des chambres à vide du grand anneau de MAX IV. Le traitement des chambres à vide à symétrie cylindrique a été réalisé par une firme et un institut européens vers lesquels le CERN avait déjà transféré la technologie dans le passé. Les chambres les plus complexes, environ 120 pièces, ont été traitées au CERN. Deux bancs de pulvérisation cathodique, la technique de revêtement, ont été développés au CERN. « Ces bancs sont dotés d’un fil dont le matériau est déposé sur la surface de la chambre. Pour les chambres de MAX IV, le fil présentait un diamètre de 0,5 millimètre et son alignement était critique », explique Mauro Taborelli, chef de la section Surfaces, chimie et revêtement du groupe TE-VSC. « Le procédé était d’autant plus compliqué que les chambres d’extraction, dans lesquelles les photons sont extraits, présentent une toute petite ouverture verticale, de l’ordre du millimètre », confirme Pedro Costa Pinto, chef de l'équipe dépôt sous vide.
Les chambres à vide ont été livrées en 2014 et 2015. « Participer à ce genre de projet exigeant, qui demande beaucoup d’ingéniosité, est essentiel pour maintenir et développer notre savoir-faire, se félicite Paolo Chiggiato. En développant ainsi notre expertise, nous serons prêts pour les nouveaux projets du CERN. »
