Les dernières semaines de la troisième période d’exploitation du LHC ont été parmi les plus chargées de son histoire. Une fois la collecte de données pour la physique achevée avec succès le 14 juin, la machine a entamé un programme de deux semaines consacré à des études avec des faisceaux de haute intensité, suivies d’une campagne de transitions résistives. Ces activités ont été programmées après l’achèvement du programme de physique afin d’éviter tout risque pour la prise de données par les expériences.

L’objectif principal de ces tests à haute intensité était de faire fonctionner le LHC dans des conditions de faisceau se rapprochant autant que possible de celles prévues pour le LHC à haute luminosité (HiLumi LHC), dans les limites imposées par la machine actuelle. Il s’agissait de la dernière occasion de repérer d’éventuelles faiblesses pouvant encore être corrigées avant le début du LS3.

Menée avec succès, cette campagne de tests a généré un volume important de données. En utilisant diverses configurations de faisceau, les équipes ont pu tester les systèmes du LHC dans un large éventail de conditions et atteindre des intensités de faisceau et des niveaux d’échauffement des équipements représentatifs de ceux prévus pour le futur LHC à haute luminosité.

Dans l’ensemble, les résultats sont encourageants, même si quelques faiblesses ont été mises en évidence. Des dégradations locales des conditions de vide ont été observées dans les grandes chambres à vide situées près du point 2 (expérience ALICE) et dans les collimateurs utilisés pour intercepter les débris issus des collisions d’ions lourds. Ces observations devront faire l’objet d’analyses approfondies et pourraient conduire à des interventions ciblées durant le troisième long arrêt (LS3).

En plus de valider les performances de la machine, cette campagne a été une occasion unique pour mener toute une série d’études visant à optimiser l’exploitation future du LHC à haute luminosité. Il s’agissait notamment de mesurer les charges thermiques induites par le faisceau dans le système cryogénique sous l’effet des nuages d’électrons, d’étudier les limites de la stabilité du faisceau, d’étudier les interactions entre faisceaux et de tenter de réduire la puissance nécessaire au fonctionnement du système radiofréquence, le tout avec une densité des paquets élevée. La surveillance des pertes de faisceau a également été optimisée afin de limiter l’impact des pertes lors de l’injection pour le futur faisceau nominal du LHC à haute luminosité.

Après le programme de tests à haute intensité, une campagne spéciale d’entraînement avec transitions résistives a été menée. Une transition résistive se produit lorsqu’un aimant supraconducteur perd localement ses propriétés supraconductrices. Tous les dipôles et quadripôles principaux sont dotés d’une diode de dérivation froide capable de dévier le courant en cas de transition résistive. L’un des objectifs de cette campagne était d’évaluer certains aimants équipés de diodes susceptibles de présenter une non-conformité de fabrication, afin de les remplacer durant le LS3. Une telle intervention est longue à réaliser et n’est pas sans risque sur le plan opérationnel. En provoquant volontairement des transitions résistives dans les aimants concernés avant l’arrêt de la machine, il est possible de repérer les diodes présentant cette non-conformité, en limitant autant que possible le nombre de diodes qui devront être réparées pendant le LS3.

Cette campagne a également porté sur plusieurs dipôles qui avaient précédemment présenté des signes de transitions résistives semblables à ceux observés dans d’autres aimants ayant par la suite subi une dégradation de leurs performances en conditions d’exploitation. Ces transitions résistives contrôlées constituent une mesure préventive visant à réduire le risque de dégradation future de ces aimants.

Enfin, les équipes ont procédé à la mise sous tension de l’ensemble des aimants correcteurs de 600 A installés dans les triplets internes, de part et d’autre des points d’interaction des expériences. Ces aimants étant exposés à des niveaux de rayonnement particulièrement élevés provenant des débris des collisions, les tests visaient à mieux évaluer l’effet d’une exposition prolongée aux rayonnements sur leur comportement en exploitation.

Environ 80 % des tests prévus ont été réalisés, apportant une quantité considérable de données à analyser de manière approfondie. Ces résultats contribueront non seulement à réduire le nombre d’interventions pendant un LS3 déjà très chargé, mais aussi à mieux comprendre le comportement à long terme de l’isolation des aimants supraconducteurs lorsqu’elle est exposée à des niveaux élevés de rayonnement.

Avec l’achèvement de ces deux campagnes particulièrement exigeantes, le troisième long arrêt du LHC a officiellement commencé. L’équipe chargée des opérations a ainsi remis les clés du LHC à l’équipe chargée de la coordination et de l’ingénierie de l’accélérateur. Les données collectées ces dernières semaines contribueront à tirer le meilleur parti des performances inédites du futur LHC à haute luminosité.

Pour autant, le troisième long arrêt n’est pas encore terminé pour tout le monde… L’exploitation des injecteurs se poursuivra jusqu’à la fin du mois d’août. Pour tout savoir sur ces ultimes semaines d’exploitation, ne manquez pas les « Dernières nouvelles des accélérateurs » à venir.

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Pour ne rien manquer du troisième long arrêt (LS3), suivez l’avancée des travaux sur cette page consacrée spécialement au LS3.