La chaîne de test des triplets internes (IT String), qui est un banc d’essai destiné au LHC à haute luminosité, a franchi une étape majeure le 8 juillet. Ses nouveaux aimants quadripôles – les aimants des triplets internes – ont atteint leur intensité nominale de fonctionnement (16 230 ampères). Conçus pour resserrer plus fortement les faisceaux afin d’augmenter le taux de collisions et la luminosité de l’accélérateur, ces aimants sont des éléments clés du LHC à haute luminosité (HiLumi LHC), dont la mise en service est prévue en 2030.

Ces nouveaux aimants représentent une avancée majeure par rapport aux aimants en niobium-titane actuellement installés dans le LHC. Leur ouverture est beaucoup plus grande, 150 millimètres au lieu de 70, et, grâce à leurs bobines supraconductrices en niobium-étain, ils produisent des champs magnétiques de 11,3 teslas, environ 35 % plus intenses que ceux générés par les aimants actuels.

Autre prouesse remarquable, les aimants ont atteint leur intensité nominale sans subir de transition résistive, c’est-à-dire sans perdre leur caractère supraconducteur. Cela confirme le succès de la nouvelle technologie et la capacité des aimants à conserver le bénéfice de leur entraînement (on parle de « mémoire »).

Avant de pouvoir être opérationnel, un aimant supraconducteur passe par un processus dit d’entraînement, qui consiste à augmenter progressivement l’intensité du courant au cours de cycles successifs de mise sous tension. Lors des premières phases, l’aimant manifeste des transitions résistives, c’est-à-dire qu’il passe de l’état supraconducteur à l’état conducteur. Les premières transitions résistives ont généralement lieu à une intensité inférieure à l’intensité nominale et sont souvent déclenchées par de petites instabilités mécaniques dans l’aimant. À mesure que les cycles se répètent, les bobines et leurs structures de support s’adaptent progressivement aux forces électromagnétiques s’exerçant sur elles, ce qui aboutit à une configuration mécaniquement plus stable permettant d’atteindre des intensités plus élevées. Chaque aimant subit un entraînement sur un banc d’essai spécifique avant d’être installé dans l’accélérateur. La capacité d’un aimant à conserver sa performance d’entraînement est appelée « mémoire ».

« Une bonne mémoire est une condition essentielle pour la performance des aimants d’un accélérateur, car elle réduit le temps de mise en service, la consommation cryogénique et les retards », explique Susana Izquierdo Bermudez, qui dirige l’équipe en charge du développement et de la fabrication de ces aimants.

Les 17 circuits électriques de la chaîne de test des triplets internes ont tous atteint avec succès leur intensité de fonctionnement. Le dipôle de séparation, c’est-à-dire l’aimant qui permettra de séparer les deux faisceaux de sens contraire après le point collision dans les expériences, a atteint son intensité nominale après seulement quelques transitions résistives à l’entraînement, avec d’excellentes performances. Les circuits des aimants de correction ont également atteint leur intensité de référence, séparément comme en mode combiné. Ces aimants sont constitués de niobium-titane, le même matériau supraconducteur que celui utilisé dans les aimants actuels du LHC.

Les aimants sont protégés par un système spécialement conçu pour extraire en toute sécurité l’énergie qu’ils contiennent en cas de problème. Pendant la campagne de tests, les systèmes de protection ont fonctionné comme prévu, extrayant jusqu’à 38 mégajoules d’énergie stockée dans l’aimant. Cette énergie est alors dissipée dans le bain d’hélium qui permet de maintenir les aimants à leur température d’exploitation, soit 1,9 K (-271 °C).

« L’opération réussie de mise sous tension de tous les circuits a marqué l’achèvement de la phase de mise en service du matériel auprès de la chaîne de test des triplets internes, explique Samer Yammine, responsable de l’exploitation de la chaîne de test. La campagne a généré une grande quantité de données que nous sommes en train d’analyser afin de mieux comprendre la manière dont tous les systèmes interagissent. »

Les analyses en cours portent sur les principaux sous-systèmes, notamment les aimants supraconducteurs, le système d’alimentation froide, les convertisseurs de puissance, les systèmes de détection des transitions résistives et de protection contre ces transitions, la cryogénie, le vide, les contrôles et l’alignement. Les résultats permettront d’optimiser la mise en service et l’exploitation future du LHC à haute luminosité.

Une autre série de tests spécifiques sera menée pour étudier de manière plus approfondie les circuits supraconducteurs, les cycles de la machine, le couplage électromagnétique et l’alignement. La chaîne de test des triplets internes sera ensuite ramenée à température ambiante, avant d’être à nouveau refroidie en vue d’une nouvelle série de tests.« Le but de cette deuxième campagne de tests, qui aura lieu en septembre, sera avant tout de valider les procédures de mise en service et les outils d’analyse, et de démontrer la reproductibilité de la performance des systèmes intégrés, conclut Marta Bajko, responsable de la chaîne de test des triplets internes. Nous testerons les systèmes dans des conditions proches de celles du futur LHC à haute luminosité. »