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  • LHC : les étapes nécessaires avant le redémarrage

    Posté le 30 décembre 2014

    Il est nécessaire de passer par de nombreuses étapes avant que le LHC puisse redémarrer au printemps prochain.

    Ci-dessous, la description des principales étapes qui permettront au célèbre anneau de 27 km de circonférence qu’est le grand collisionneur de hadrons (Large Hadron Collider, LHC) d’être prêt pour nous aider à dévoiler les plus grands mystères de l’Univers.

    LHC-Electroaimants

    Préparation physique des électro-aimants
    ou Le LHC en mode « L’oeil du Tigre »

    Avant sa première longue phase de maintenance, qui a débutée en février 2013, le LHC fonctionnait à une énergie de 8 TeV. L’énergie à laquelle il va redémarrer début 2015 est de 13 TeV, presque son énergie nominale de 14 TeV.

    La maintenance a consisté principalement à renforcer presque 1700 interconnexions qui incluent plus de 10 000 jonctions électriques (interconnexions supraconductrices entre 2 électro-aimants).

    Après cela, les ingénieurs doivent ré-alimenter les électro-aimants avec un courant d’une intensité de 11 850 ampères, nécessaires au bon fonctionnement du LHC. C’est l’étape obligatoire pour qu’ils soient capables de courber les faisceaux de protons, se déplaçant à une vitesse proche de la lumière, selon les courbes du LHC (un anneau de 27 km de circonférence).

    Une fois ce travail terminé, les ingénieurs du CERN doivent faire passer les aimants du LHC par un programme d’entrainement intensif qui consiste à les pousser de manière répétée aux limites de leur capacité de fonctionnement.

    Les aimants du LHC sont supraconducteurs. Cela signifie que, lorsqu’ils sont refroidis, le courant les traverse sans aucune résistance électrique. Mais, pendant la mise sous tension, l’augmentation progressive du courant dans les bobines magnétiques génère parfois de minuscules mouvements dans le supraconducteur. Ces mouvements créent une friction qui réchauffe localement le supraconducteur et provoque ce qu’on appelle un “quench”, une surchauffe qui provoque un retour à un état non supraconducteur. Lorsque cela se produit, le circuit est mis hors tension et son énergie est absorbée par d’énormes résistances.

    En provoquant volontairement des quench dans les électro-aimants, nous pouvons littéralement secouer toute tension non résolue dans les bobines ce qui prépare les aimants à supporter un fort courant sans quitter leur état supraconducteur. Grâce à cette préparation, les aimants ne subiront pas ce “quenching” lorsque les faisceaux circuleront dans le LHC.

     

    LHC-refroidissement

    Toujours garder la tête froide pour affronter les nouveaux défis

    Une autre étape importante est de refroidir les 27 km d’électro-aimants du LHC à leur température de fonctionnement (proche du zéro absolu). Les ingénieurs injectent lentement de l’hélium dans un système cryogénique qui entoure les électro-aimants. Ils réduisent ensuite progressivement la température au cours de plusieurs mois (au rythme d’un secteur par mois). Lorsque la température baisse, l’hélium devient liquide et agit comme une coquille froide qui maintient les aimants à leur température de fonctionnement.

    L’hélium est un élément particulier car il ne devient liquide qu’en dessous de 5 kelvins. C’est également le seul élément qui n’est pas solide à très basse température et qui est naturellement inerte, ce qui le rend facile à stocker sans avoir à se soucier de son inflammabilité.

    Le premier secteur a été refroidi en mai 2014. Les ingénieurs ont pré-refroidi l’hélium en utilisant 9000 tonnes d’azote liquide. Après le pré-refroidissement, ils ont injecté l’hélium dans l’accélérateur. Remplir l’ensemble de l’accélérateur nécessite 130 tonnes d’hélium qui est reçu au rythme d’un chargement par semaine. Au mois de janvier, tout le système devrait être à la température de fonctionnement de 1,9 K.

    Source : D’après des articles de Symmetry Magazine

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