Des faisceaux bien aiguillés

Dans tout le complexe d’accélérateurs, on procède à des mises à niveau en vue de la future exploitation du LHC à haute luminosité (HL-LHC). Il a fallu notamment trouver un moyen de réduire l’échauffement de certains aimants de déflexion rapide du SPS afin de les préparer aux futurs faisceaux de haute intensité. Dans leur conception actuelle, ces aimants subiraient un échauffement qui leur ferait perdre temporairement leur capacité d’infléchir le faisceau de la façon voulue. Pour éviter cela, une enceinte spéciale en céramique dotée de nervures argentées a été installée dans les aimants. Ces nervures réduisent fortement les interactions électromagnétiques entre le faisceau et la ferrite (non conductrice) des aimants. Grâce à cet effet d’écran, les aimants s’échauffent beaucoup moins. Les nouveaux aimants ont été installés pendant l’arrêt technique hivernal et viennent de réussir haut la main les premiers tests avec faisceau réalisés pendant le cycle de nettoyage du SPS, qui a commencé le 24 mars.

Seize aimants (12 petits et 4 grands), grâce à des impulsions cadencées, donnent une poussée aux faisceaux provenant de l'accélérateur PS afin de les amener sur l'orbite correcte dans le SPS. La synchronisation doit être précise afin d'éviter une déviation accidentelle des faisceaux, qui pourrait conduire à une perte de faisceau dans l'accélérateur. Le faisceau en circulation dans le SPS peut toutefois entraîner un échauffement important des grands aimants de déflexion rapide, utilisés uniquement pour les faisceaux de protons destinés au LHC. Ce problème a pu conduire par le passé à réduire l'intensité du faisceau pour éviter une surchauffe des aimants, mais il est désormais résolu grâce à l'installation d’aimants de conception nouvelle.

Les aimants de déflexion rapides d’origine ont été installés dans les années 1970. Les remplacer aurait été beaucoup plus onéreux que les adapter aux faisceaux du HL-LHC. L'équipe chargée de ces aimants (groupe SY-ABT) a trouvé un bon compromis, permettant à la fois de réduire l'échauffement des aimants, d’obtenir une montée du champ suffisamment rapide et d’optimiser le budget requis pour le matériau des aimants. La solution adoptée s'inspire largement de l'approche qui a fait ses preuves avec les aimants de déflexion rapide du système d’extraction du SPS. La principale différence tient au fait que, dans le cas des aimants du SPS, les nervures avaient été appliquées directement sur la ferrite des aimants d'extraction. Ici, elles sont placées sur deux chambres en céramique en forme de U, installées à l’intérieur de l'aimant. Chaque ensemble de nervures est relié à la plaque d'extrémité des aimants, soumise à une haute tension, ce qui limite efficacement la contrainte électrique qui s'exercent sur eux. Pour obtenir la performance haute tension requise tout en limitant l'échauffement, il a fallu plusieurs itérations dans la conception, et les opérations ont nécessité des échanges et une étroite collaboration entre les équipes des groupes SY-ABT et BE-ABP.

« Il y avait une difficulté particulière du fait que tous les composants devaient être prototypés et fabriqués en un temps très court », explique Laurent Ducimetière, qui a dirigé l’étude avec Mike Barnes et Thomas Kramer. Une fois que le prototype de l’aimant de déflexion rapide a réussi les tests de haute tension en laboratoire, l’équipe a construit une toute nouvelle enceinte à vide contenant quatre de ces aimants et l’a installée dans le SPS.