Dernières nouvelles du LS2 : de la complexité du vide dans les expériences

Jul 23, 2019

Le vide ce n’est pas rien, c’est même difficile à mettre en œuvre. Les chambres à vide des expériences du LHC sont par exemple des composants complexes, particulièrement ceux nichés au cœur des expériences qui présentent des formes variées et sont formées de matériaux spécifiques. Pendant le second long arrêt technique, les équipes du groupe vide sont ainsi à pied d’œuvre pour remplacer les tubes de faisceaux des expériences ALICE et CMS.

ALICE va installer un nouveau système de trajectographie interne (ITS), plus proche du faisceau, pour améliorer la détection des particules ayant une durée de vie courte. Par conséquent, un tube de faisceau d'un diamètre plus petit doit être installé pour remplacer la chambre actuelle. « Nous avons développé une chambre de 3,8 centimètres de diamètre, contre cinq auparavant, et d’une épaisseur de 0,8 millimètre, ce qui est la limite de la technologie », explique Josef Sestak, du groupe vide et responsable du projet.

Cette chambre à vide centrale est en effet constituée de béryllium, un métal qui a la particularité d’être très léger, très résistant et transparent aux particules. Autrement dit, il les laisse passer sans les intercepter, une qualité essentielle pour que l’expérience puisse détecter toutes les particules. Cependant, le béryllium est un métal très complexe à transformer : il se présente sous forme de poudre qu’il faut compresser à très haute pression pour obtenir une barre de métal qui est ensuite évidée. Seules quelques entreprises dans le monde peuvent réaliser de tels éléments en béryllium.

La chambre à vide centrale d’ALICE, d’un mètre de long environ, vient d’être testée et qualifiée au CERN, au terme de deux années de développement avec une entreprise des États-Unis. Elle subit maintenant un traitement pour recevoir un dépôt de getter non-évaporable (NEG), matériau qui présente la caractéristique de piéger les molécules résiduelles une fois qu’il est chauffé. « Le système de vide des expériences repose sur ce revêtement car les pompes à vide conventionnelles ne peuvent pas être installées près du point d’interaction afin de ne pas perturber l’exploitation pour la physique. Les premières pompes à vide sont en effet placées à 10 mètres au moins du point d’interaction », indique Josef Sestak. Une chambre similaire est en cours de développement pour CMS, mais de six mètres de long.

Hormis la chambre centrale, les équipes du vide remplacent toutes les parties périphériques de la chambre à vide des expériences ALICE et CMS. Les éléments d’inox seront remplacés par des tronçons d’aluminium. L’aluminium présentant une radioactivité induite bien inférieure à celle de l’inox. Il faut ainsi remplacer huit chambres à vide de quatre types différents dans CMS, reliées par des soufflets et autres éléments de liaison. Quatre chambres de rechange sont également fabriquées. « Certains de ces éléments sont coniques, avec un diamètre de 200 millimètres qui se réduit à 45 millimètres », explique Josef Sestak. L’aluminium utilisé est par ailleurs spécifique, avec un grain le plus petit possible. Son usinage doit être extrêmement précis afin de présenter un alignement proche de la perfection.

Une fois qualifiées et traitées, les nouvelles chambres à vide d’ALICE et CMS seront installées en 2020.

 


Insertion de la nouvelle chambre à vide en béryllium d'ALICE dans l'installation de traitement où elle recevra un dépôt de getter non-évaporable  (Images: Samuel Hertzog)

 


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