Le projet HL-LHC (High Luminosity Large Hadron Collider) vise à augmenter la luminosité du LHC, c'est-à-dire le nombre de collisions de particules en un temps donné. Pour cela, il faut « concentrer » davantage les faisceaux de particules et donc, disposer d'électroaimants supraconducteurs plus performants, au plus près des chambres de collisions. 

En vue de cette jouvence, plusieurs équipes de l'Irfu développent depuis dix ans un prototype d'aimant supraconducteur. Plus précisément, il s'agit d'un aimant quadripolaire en niobium-titane, dans une version courte (un mètre de longueur au lieu de 4 m dans l'accélérateur) et muni d'une ouverture unique au lieu de deux. Ce prototype, appelé MQYYM, a été conçu pour être représentatif d'un des différents types d'aimants visés pour l'étape ultime de la jouvence du LHC.  

Un aimant quadripolaire supra en niobium-titane

Au terme d'une première phase de conception magnétique et thermomécanique, les scientifiques ont réalisé dix bobines Nb-Ti à l'Irfu puis ont poursuivi leur instrumentation et leur assemblage au Cern, en bénéficiant de ses infrastructures et conseils techniques.

L'aimant assemblé a ensuite été testé à l'Irfu une première fois à 4,2 K en mars 2021, puis dans ses conditions nominales de fonctionnement, à 1,9 K, en juillet 2024. Il a alors atteint un courant très proche du courant maximal calculé (6 375 A). De nombreux tests (vitesse de rampe, dépendance en température, etc.) ont également démontré les excellentes performances de l'aimant.

Une protection renforcée de l'aimant

Ces tests ont notamment validé un dispositif innovant de protection de l'aimant en cas de transition brutale à l'état résistif (quench). Celui-ci est composé d'un système analogique éprouvé et d'un nouveau système numérique où la détection du quench est intégrée dans un composant logique programmable (Field-Programmable Gate Array). Le système numérique a pu détecter les 61 quenches réalisés, sans aucune fausse alarme, et avec des performances supérieures à celles du système analogique.

Une nouvelle station de tests à 1,9 K à l'Irfu

Ce travail a en particulier pu être réalisé grâce au développement d'une nouvelle station de tests d'aimants d'accélérateur quadripolaires (Staarq pour Station de tests pour aimants d'accélérateur quadripolaires) à l'Irfu, dont les performances et l'adaptabilité sont au meilleur niveau international. Son fonctionnement à 1,9 K dans un bain à pression atmosphérique de grandes dimensions est particulièrement remarquable.

Les deux prochaines années seront consacrées aux mesures des performances magnétiques d'aimants quadripolaires prototypes du même type.