Cap sur les aimants supraconducteurs du futur

Le cryostat de l'aimant FRESCA2 avant sa mise en service. (Image : Sophia Bennett)

Les aimants supraconducteurs du futur sont en gestation, notamment au CERN. Pour augmenter l’énergie des collisionneurs circulaires, les physiciens misent en effet sur des aimants toujours plus puissants, bien au-delà des intensités magnétiques de 8 teslas affichés par les aimants du Grand collisionneur de hadrons (LHC).

Des aimants générant des champs magnétiques de près de 12 teslas, à base du composé supraconducteur niobium-étain, sont déjà en cours de fabrication pour le LHC à haute luminosité. Mais le CERN et ses partenaires travaillent déjà à la génération suivante, capable de générer des champs de 16 teslas et même plus, pour les collisionneurs d’après-demain tels que ceux étudiés dans l’étude FCC (« Futur Circular Collider Study »). Pour y parvenir, il faut pousser les performances des câbles supraconducteurs en niobium-étain.

L’une des étapes clés de ce programme est la mise au point d’une station d’essai capable de tester les nouveaux câbles en situation réelle, c’est à dire dans un champ magnétique intense. Une telle station, en l’occurrence un aimant dipôle à grande ouverture, a vu le jour au CERN. Dénommé FRESCA2 et mis au point par une collaboration entre le CERN et le CEA-Saclay dans le cadre du programme européen EuCARD, l’aimant a franchi un cap important début août en atteignant son champ magnétique nominal.

Il a généré un champ de 13,3 teslas au centre d’une ouverture de 10 cm, et ce,  pendant 4 heures d’affilées. Une première pour un aimant de si grande ouverture. À titre indicatif, les aimants actuels du LHC génèrent des champs de 8 teslas environ, au centre d’une ouverture de 50 millimètres. Le développement et les performances de FRESCA2 sont présentés aujourd’hui à la conférence EUCAS 2017 sur les supraconducteurs et leurs applications.

Le test des câbles sous un intense champ magnétique est crucial. « Nous devons non seulement vérifier l’intensité maximale du courant porté par le câble, mais également tous les effets induits par le champ magnétique. La qualité du champ doit rester parfaite », explique Gijs De Rijk, chef adjoint du groupe Aimants et supraconducteurs du CERN. La précision avec laquelle l’intensité du champ magnétique peut être réglée est en effet une caractéristique importante pour un accélérateur. Lors de la montée en énergie des faisceaux, l’intensité du champ magnétique qui les guide doit augmenter graduellement, sans à-coup, à moins de perdre les faisceaux. C’est notamment parce que les aimants du LHC peuvent être réglés avec une très grande précision et que leur champ magnétique reste stable que les faisceaux peuvent tourner dans la machine des heures durant.

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L'aimant FRESCA2 avant le début des tests. (Image : Maximilien Brice/CERN)

Les deux bobines de FRESCA2 sont formées d’un câble supraconducteur en niobium-étain. Elles sont maintenues à une température de seulement 2 degrés au-dessus du zéro absolu. L’aimant ainsi formé mesure 1,5 mètre de long pour 1 mètre de diamètre, bien plus large qu’un aimant du LHC. La raison est que l’aimant est doté d’une grande ouverture, de 10 centimètres, pour pouvoir accueillir les câbles instrumentés à tester. FRESCA2 servira également aux essais de bobines formées de supraconducteur à haute température (lire notre article qui paraîtra demain sur ce sujet).

FRESCA2 est en cours de modification pour, d’ici à la fin de l’année, générer un champ encore plus intense. La station pourra ensuite accueillir les échantillons à tester.

Lire également l’article du CEA-Saclay IRFU (Institut de recherche sur les lois fondamentale de l'Univers).