Afin d'accroître le nombre et l'énergie des collisions de particules au sein de l'accélérateur LHC, c'est-à-dire sa luminosité (HL), le Cern a lancé un vaste chantier technologique pour augmenter l'intensité magnétique autour des zones de collisions. Cela, à l'aide de nouveaux aimants supraconducteurs refroidis dans un bain d'hélium superfluide, pressurisé avec des échangeurs thermiques permettant l'évacuation du flux d'énergie. C'est au CEA-Irig qu'a été confiée la conception de ce système de refroidissement à 1,8 K (proche du zéro absolu) des aimants de recombinaison de paquets de particules « D2 »; l'institut étant une référence mondiale dans le domaine et le seul à disposer d'une station d'essais cryogéniques avec un réfrigérateur à hélium capable d'extraire jusqu'à 400 W thermique à 1,8 K.
La conception des nouveaux échangeurs thermiques pour les quatre futurs aimants « D2 » du HL-LHC, proches des zones de collision où sont installés les détecteurs, devaient lever plusieurs verrous : extraire une puissance thermique de 70 W à 1,8 K ; limiter l'élévation de température à 55 mK en cas d'opération dégradée à 2 K ; et s'insérer dans l'espace réduit du LHC. Après la validation d'un premier prototype, les chercheurs ont fourni des échangeurs de série intégrant des interfaces mécaniques spécifiques aux aimants ainsi qu'une fiabilité à long terme, telles qu'exigées pour le LHC.
Extraire une puissance thermique de 70 W à 1,8 K
L'un de ces échangeurs, choisi au hasard, vient de passer avec succès les tests de performance thermique à 1,8 K au sein de la station d'essais cryogéniques du CEA-Irig. « Ses performances pour extraire 70 W thermiques sont conformes aux prédictions du code de dimensionnement et nettement supérieures aux demandes du Cern puisqu'il dispose d'une marge d'élévation en température supérieure à deux fois celle correspondant aux spécifications », expliquent Bernard Rousset et François Millet de l'Irig. Les échangeurs sont en cours de livraison au Cern et peuvent à présent être intégrés dans les aimants D2 pour leur installation finale.
À noter : la station d'essais cryogéniques de l'Irig, de par son adaptabilité remarquable, permet de répondre aux défis concernant les accélérateurs mais aussi des réacteurs de fusion nucléaire ou des fermes d'ordinateurs quantiques.