Une toute nouvelle invention technique, appelée « SuShi » (pour Superconducting Shield), est en cours de développement dans le cadre de l’étude sur un futur collisionneur circulaire (FCC) du CERN. Cet aimant à septum avec bouclier supraconducteur protégera la future machine de l’énergie du faisceau, qui devrait être extrêmement élevée.
Dans le but d’assurer la continuité du programme scientifique diversifié du CERN, l’étude FCC a été lancée en 2014 afin d’examiner divers scénarios pour des collisionneurs circulaires post-LHC. La taille sans précédent de cette future machine pose des défis techniques passionnants, d’autant plus que nombre de ses sous-systèmes les plus importants doivent encore être inventés. L’énorme quantité d’énergie stockée dans les faisceaux en circulation devrait atteindre près de 8,4 GJ, ce qui équivaut à l’énergie de 24 trains TGV circulant à 150 km/h. En raison de cette énergie si élevée, un système d’extraction révolutionnaire sera essentiel pour protéger la machine. En effet, le faisceau doit pouvoir être extrait en toute sécurité en cas de défaut ou à la fin d’un cycle expérimental.
Lors de l’extraction, le faisceau est éjecté par un aimant pulsé de déflexion rapide dans la zone à champ élevé de l’aimant à septum, avant d’être définitivement dévié vers l’absorbeur de faisceau externe. Parallèlement, ce même aimant doit produire un champ magnétique très faible dans le faisceau en circulation. La transition entre les deux zones de l’aimant à septum doit être aussi courte que possible afin de réduire la force requise par le système de déflexion en amont.
La nouvelle solution repose sur le concept suivant : un bouclier supraconducteur passif peut créer une zone de champ magnétique nul au sein d’un champ externe élevé en induisant des courants de Foucault persistants à sa surface, disposés automatiquement de manière à annuler complètement le champ à l’intérieur du bouclier.
Une collaboration entre le CERN et le Centre de recherche Wigner pour la physique (Budapest, Hongrie) a été mise en place dans le cadre de l’étude FCC afin d’évaluer la faisabilité du nouveau concept pour cette partie de la machine et de proposer des matériaux et des technologies réalistes.
Trois candidats possibles ont été sélectionnés pour les premiers tests : un tube massif en MgB2, un ruban supraconducteur à haute température multicouche disposé en hélice sur un tube en cuivre, et une plaque constituée de couches de niobium-titane, de niobium et de cuivre. Le premier prototype, qui a été testé avec succès en février 2017 à l’installation SM18 du CERN, a pu faire écran à un champ magnétique de 2,6 T à sa surface avec une épaisseur de paroi de 8,5 mm. Ce prototype est déjà 2,5 fois plus efficace que les aimants Lambertson à septum utilisés dans le LHC.
Les tests des deux autres prototypes sont prévus dans le courant de cette année. Une fois que la performance des trois prototypes aura été évaluée, celui qui aura donné les meilleurs résultats sera soumis à des tests plus poussés et recevra des améliorations.
Pour plus de détails, visitez le site web du projet : http://cern.ch/sushi-septum-project.