Le coup d'envoi

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Suite à l'installation d'aimants de démarrage plus résistants à la chaleur et à leurs tests réussis lors de la campagne de lavage du SPS, le SPS se prépare à l'exploitation du LHC à haute luminosité.

4 avril 2023

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Par Kristiane Bernhard-Novotny

Des mises à niveau pour le futur fonctionnement du LHC à haute luminosité (HL-LHC) sont en cours dans l'ensemble du complexe d'accélérateurs. L'une de ces améliorations est une nouvelle conception visant à réduire l'échauffement de certains des aimants de démarrage du SPS pour les préparer aux futurs faisceaux de haute intensité. Avec leur conception actuelle, ces aimants spécifiques seraient chauffés à un point tel qu'ils perdraient temporairement leur capacité à plier le faisceau dans la bonne position. Pour éviter cela, une chambre en céramique spéciale comprenant des doigts en argent a été installée. Ces doigts réduisent fortement l'interaction électromagnétique entre le faisceau et la ferrite des aimants, qui est non conductrice. Grâce à cet effet de blindage, les aimants chauffent beaucoup moins. Les nouveaux aimants ont été installés pendant l'arrêt hivernal et viennent de passer avec brio leurs premiers tests avec faisceau lors de la campagne de nettoyage du SPS qui a débuté le 24 mars.

Seize aimants à impulsions rapides (douze petits et quatre grands) "envoient" les faisceaux entrants de l'accélérateur du PS sur l'orbite correcte du faisceau du SPS. L'impulsion magnétique doit être synchronisée avec précision pour éviter une déviation accidentelle des faisceaux en circulation qui pourrait entraîner leur perte dans l'accélérateur. Cependant, le faisceau circulant du SPS peut provoquer un échauffement important des plus grands aimants de démarrage, qui ne sont utilisés que pour les faisceaux de protons de type LHC. Cela s'est déjà produit dans le passé et l'intensité du faisceau a dû être réduite pour éviter la surchauffe des aimants. Ce problème a maintenant été résolu avec les grands aimants de démarrage nouvellement installés.

Les aimants de démarrage d'origine ont été installés dans les années 1970 et leur remplacement s'est avéré beaucoup plus coûteux que l'adaptation des aimants existants aux faisceaux du HL-LHC. L'équipe SY-ABT kicker a trouvé un bon compromis entre la réduction de l'échauffement des aimants et l'obtention d'un temps de montée du champ suffisamment rapide, ainsi qu'une optimisation du budget consacré au matériau des aimants. La solution adoptée est largement basée sur l'approche qui a fait ses preuves avec les aimants d'extraction SPS. La principale différence est que, dans le cas des aimants du SPS, les doigts étaient appliqués directement sur la ferrite des aimants d'extraction. Dans le nouveau design, les doigts sont placés sur deux chambres en céramique en forme de U, qui sont installées à l'intérieur des aimants du kick. Chaque ensemble de doigts est connecté à la plaque d'extrémité haute tension des aimants, limitant efficacement la contrainte électrique sur ceux-ci. Obtenir les performances haute tension requises tout en limitant l'échauffement a nécessité plusieurs itérations de conception et une collaboration étroite entre les équipes SY-ABT et BE-ABP.

"Un défi important pour les équipes était que tous les composants devaient être prototypés et fabriqués dans un délai très court", explique Laurent Ducimetière, qui a mené l'étude avec Mike Barnes et Thomas Kramer. Une fois que le prototype d'aimant de démarrage a réussi les tests haute tension en laboratoire, l'équipe a construit un tout nouvel aimant de démarrage composé de quatre de ces aimants et l'a installé dans le SPS.