LHC à haute luminosité : paré à l’injection

Jul 16, 2020

Au terme de plusieurs heures de transport et d’une descente vertigineuse, l’imposante machine argentée a été installée au point 2 du tunnel du LHC. L’absorbeur de faisceau interne TDIS est l’un des nombreux équipements qui renforcera la protection des éléments de l’accélérateur. Conçu pour le LHC à haute luminosité, il sera aussi utilisé pour la troisième période d’exploitation du LHC.

Les faisceaux plus intenses du LHC à haute luminosité sont plus intéressants pour la physique, mais plus délicats pour l’accélérateur. Plus de particules en circulation signifie plus de risques que certaines d’entre elles, rebelles, s’échappent de leur trajectoire et endommagent l’accélérateur.

L’injection des faisceaux est l’un des points critiques. Les paquets de particules en provenance de l’accélérateur précédent, le SPS, sont orientés par des aimants à septum et à déflexion rapide pour être injectés dans le grand anneau. En cas de défaillance, l’absorbeur de faisceau interne stoppe les particules envoyées dans la mauvaise direction pour éviter qu’elles n’abîment l’accélérateur.

TDIS,2019,WP,High-Luminosity LHC
Vue de l’intérieur de l’un des trois modules du nouvel absorbeur de faisceau interne du LHC : à gauche, la mâchoire qui se resserre autour du faisceau injecté et absorbe les particules qui s’éloignent de la trajectoire ; à droite, l’écran RF dans lequel passe le faisceau en circulation dans la machine. (Image : Maximilien Brice et Julien Ordan/CERN)

Le nouvel absorbeur TDIS est formé de trois modules de 1,6 mètre chacun. Il remplace un équipement d’un seul bloc d’un peu plus de quatre mètres. Ces modules sont formés de deux mâchoires semblables à celles d’un collimateur. Les mâchoires sont composées de matériaux de plus en plus denses sur l’ensemble de la longueur de l’absorbeur pour ralentir, puis arrêter le faisceau : graphite, titane et cuivre. Un atout de cet arrêt de faisceau est son encombrement réduit grâce à son architecture optimisée.

Par ailleurs, un alliage de molybdène a été utilisé pour la structure, qui donne la raideur nécessaire au fonctionnement de la mâchoire. « Ce matériau présente une très bonne rigidité ainsi qu’une bonne conductivité thermique pour évacuer la chaleur générée par les courants électriques induits par la circulation des faisceaux », explique Antonio Perillo-Marcone, chef du projet TDIS. « La robustesse était l’un des grands défis à relever pour mettre au point cet équipement, confirme Chiara Bracco, responsable du lot de travail Transfert de faisceaux et aimants de déflexion rapide du projet HL-LHC. C’est d’ailleurs pour cela que nous avons développé un absorbeur de faisceau constitué de trois modules plus courts et donc moins sujet aux déformations. »

Un absorbeur similaire est en cours d’assemblage et sera installé au cours de l’automne au point huit de l’accélérateur, où le deuxième faisceau est injecté. Par ailleurs, toujours pour améliorer la phase d’injection, les chambres à vide des aimants de déflexion rapide seront recouvertes d’un revêtement en oxyde de chrome. Cette opération permettra de réduire le phénomène de nuages d’électrons, qui dégrade le vide. Enfin, un prototype de chambre à vide a été développé : il est doté d’un écran de faisceau spécialement conçu pour réduire la chaleur déposée dans la culasse de l’aimant.

Regardez la vidéo à 360° du transport du nouvel équipement dans le tunnel du LHC. (Vidéo : CERN)
 

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