Nouvelles du LS2 : Installation du tube de faisceau de CMS

Après plusieurs années de travaux complexes de conception, de fabrication et de planification, la collaboration CMS, en étroite collaboration avec les spécialistes du groupe Vide, surfaces et revêtements (département TE) du CERN, a installé au cours des derniers mois le nouveau cœur du détecteur : le tube de faisceau. Ce fragile élément de 36 m de long, dans lequel les faisceaux du LHC entrent en collision au point d’interaction, est l’un des derniers éléments de l’expérience à être installé avant la fermeture du détecteur.

La conception du nouveau tube de faisceau doit satisfaire à de nombreuses exigences en matière de physique, de vide et d’intégration. De part et d’autre du point d’interaction, la partie cylindrique de la chambre centrale (43,4 mm de diamètre) a été allongée, passant ainsi de 1,6 m à 3,1 m, afin d’être compatible avec le trajectographe de phase 2, qui sera installé pendant le LS3.

Un changement important par rapport à la situation précédente concerne la configuration du tube de faisceau, et l’installation, plus loin du détecteur, d’un nouveau groupe de pompage de vide, à 16 m du point d’interaction, dans le but de faciliter la maintenance.

Réduire les doses de rayonnement reçues par le personnel lors des interventions est une autre raison majeure militant en faveur du changement de configuration du tube de faisceau. Le nouvel alliage d’aluminium utilisé pour le tube de faisceau réduit la radioactivité induite d’un facteur 5 par rapport à l’acier inoxydable dont était fait l’ancien tube de faisceau. Cet alliage a été choisi comme matériau principal pour les chambres à vide des expériences lors de la troisième période d’exploitation et de l’ère du HL-LHC.

Après une série de tests de réception, les segments de la chambre à vide ont été équipés d’un jeu de capteurs de température, puis enveloppés de couvertures chauffantes (opération appelée « étuvage ») qui, une fois l’installation terminée, seront utilisés pour faire passer le tube de faisceau de la température ambiante à une température de 230 °C. L’étuvage activera le revêtement absorbant non évaporable (NEG), dont la surface intérieure des chambres à vide est déjà recouverte, et fera office de pompe à vide interne, absorbant de manière constante tout gaz résiduel. Cela permettra de piéger les particules égarées et de créer l’ultravide, qu’il est indispensable d’obtenir à l’intérieur de la ligne de faisceau d’un collisionneur de particules afin d’éviter les collisions entre les particules en circulation et les molécules de gaz résiduelles. De telles collisions auraient pour effet de diffuser le faisceau, créant ainsi un bruit de fond pour le détecteur et altérant la durée de vie du faisceau.

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Installation des fibres optiques pour la surveillance du segment central de la nouvelle chambre à vide de CMS. (Image: CERN)

Au terme du déroulement complet de l’installation des segments de tube à vide, menée parallèlement aux deux extrémités de l’expérience, l’installation mécanique des chambres et de tous leurs supports opérationnels et temporaires s’est achevée à la fin du mois d’avril.

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Insertion de la chambre à vide centrale à travers le trajectographe de CMS. (Image: CERN)

Une fois l’installation mécanique terminée, un test d’étanchéité global sera effectué au niveau des chambres, afin d’atteindre une pression ultime de 10−11 millibars. Puis, les bouchons des détecteurs seront mis en position d’étuvage durant 168 heures. Enfin, la dernière étape de l’opération consistera à injecter du néon ultra-pur, préparant ainsi le nouveau tube de faisceau pour la troisième période d’exploitation.

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Ce texte est un extrait d’un article publié sur le site web de CMS, l’article complet se trouve ici (en anglais).

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