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Collaboration entre le CERN et le CEA sur les développements des futurs aimants supraconducteurs du LHC Réunion FCC Antoine Daël.

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1 Collaboration entre le CERN et le CEA sur les développements des futurs aimants supraconducteurs du LHC Réunion FCC Antoine Daël

2 2 Collaborations existantes CERN-CEA sur les aimants supraconducteurs Contribution historique aux quadripôles LHC Programmes européens : CARE, EuCARD, EuCARD2 Contribution Exceptionnelle de la France Le CERN et le CEA ont déjà réalisé ensemble: – Les bobines MQXC – Les 10 tubes dinertie de rechange de SSS – Loutillage et les essais de bobinage Fresca2 – Lachat et la qualification de 60 km de brin Nb 3 Sn – Les mesures thermiques micro canaux – Etc…

3 3 Poursuite et pérennisation de ce programme de développement : La Stratégie européenne ouvre de très riches perspectives Le CERN souhaite sappuyer sur les Instituts Nationaux Les technologies daimants supraconducteurs nécessitent un engagement soutenu et à long terme. Il faut poursuivre toutes les études et réalisations entamées (qui ne sont pas encore complétées) et engager des nouvelles études pour les futurs accélérateurs du CERN Il faut employer tous les investissements matériels et humains qui existent et qui résultent des précédents programmes le CERN et le CEA ont défini en commun un programme dune durée de 3 ans couvrant : des études théoriques et expérimentales des constructions de prototypes des constructions de séries daimants supraconducteurs.

4 4 Liste des 7 Workpackages et perspectives DesignationDescription WP1Études thermiques WP2Quadripôles Q4 pour HL-LHC WP3Construction et participation au test de laimant FRESCA2 WP4Développements technologiques pour le Nb 3 Sn WP5Construction et participation au test de linsert HTS WP6Études pour les aimants à haut champ (HTS) WP7Étude de la mécanique du câble Rutherford Perspectives Tâches non évaluées, susceptibles de prolonger les workpackages

5 5 WP1 : Études thermiques: CEA : Bertrand Baudouy CERN : Rob Van Weelderen La marge dopération des aimants LHC et HL- LHC dépend dun transfert efficace et connu de chaleur Études de transfert thermique dans les milieux poreux Études de la thermohydraulique des aimants daccélérateurs Mesures de propriétés thermomécaniques de matériaux Mesures de transfert thermique au travers des isolants électriques

6 6 WP2 : Quadripôles Q4 pour HL-LHC CEA : Michel Segreti CERN : Ezio Todesco Le faisceau HL-LHC demande des quadripôles à grand diamètre et double ouverture, ce qui est dans lexpertise historique du CEA Etude, réalisation et test dun modèle court à une ouverture Etude, réalisation et test dun modèle de masse froide courte à 2 ouvertures Etude de la masse froide complète à intégrer dans lanneau LHC Transfert de technologie vers lindustrie avec réalisation dun prototype de masse froide à 2 ouvertures Suivi de réalisation industrielle de 5 masses froides avec contrôleur permanent en usine

7 7 WP3 : Aimant Fresca2 CEA : Françoise Rondeaux CERN : Paolo Fessia Lactivité EuCARD et la CEF ont préparé la technologie et le conducteur nécessaires à la construction de laimant à large ouverture Fresca2 Bobinage des bobines de laimant Fresca2 Participation à lassemblage et aux tests de laimant.

8 8 WP4 : Développements technologiques pour le Nb3Sn CEA : Maria Durante CERN : Paolo Fessia Détermination du comportement du composite Nb3Sn lors du traitement thermique de formation du composé supraconducteur Préparation déchantillons pour mesures des propriétés mécaniques Mesures des propriétés mécaniques

9 9 WP5 : Insert HTc de EuCARD CEA : Mélanie Devaux CERN : Gijs de Rijk EuCARD a préparé le concept et le conducteur pour un insert de 6T à tester dans Fresca2 Fabrication dun prototype et test en champ de direction variable Réalisation de linsert « 6T » Test de linsert seul Participation aux tests dans un dipôle fournissant un champ externe de 13 T 20 mm

10 10 WP6 : Études pour les aimants à haut champ CEA : Philippe Fazilleau CERN : Gijs de Rijk EuCARD2 a comme objectif un modèle court daimant HTS avec qualité accélérateur (5 T, 40 mm) en complément a ce développement: Étude de matériaux de structure Étude du couplage avec un aimant fournissant le champ magnétique externe Étude de la protection des aimants couplés Test de linsert EuCARD2 en champ externe (15 T) Une des configurations possibles pour laimant HTS EuCARD2

11 11 WP7 : Étude mécanique de câbles Rutherford CEA : Pierre Manil CERN : Amalia Ballarino Comprendre la mécanique du câbles « Rutherford » est vital pour assurer la performance du Nb 3 Sn, matériau fragile avec une faible plage de contrainte permise Modélisation par éléments finis de câble Rutherford Mesures mécaniques sur brin Mesures mécaniques sur câble Tomographies pour comparaison avec le modèle

12 12 Perspectives Etude et réalisation dun nouvel aimant en Nb3Sn en complément de WP3, au delà de Fresca2 et dans la perspective HE-LHC Poursuite des études mécaniques sur câble Rutherford, en complément de WP7 Développements de la technologie (supra, mécanique, isolation, protection) pour aimants à haut champ (16T à 20T) en vue des futurs accélérateurs HE-LHC et VHE-LHC Développements pour aimants à faible champ (0.6T) en vue dune étape intermédiaire type T-LEP 2ème aimant Q4 de réserve (si le prototype nest pas utilisable comme rechange) Etc…..

13 13 Etat des lieux LIrfu SACM a défini des « cœurs de métier » dans le domaine des aimants daccélérateur : – Conception magnétique + conception mécanique – technologie de bobinage – Quench et protection – Tests des aimants supraconducteurs: La reconstitution de la station dessais daimants daccélérateurs me parait primordiale Financement de tout le matériel par le CERN: composants, outillages, fluides, fournitures industrielles, consommables et hélium liquide. Financement du personnel SACM et SIS à 50% par le CERN La statut de ces activités diffère de celui dautres activités à lIRFU.

14 14 Commentaires et conclusions La principale difficulté pour lIrfu SACM est de mettre en place et de renforcer les équipes pour réaliser les programmes existants Il ne sert à rien de charger encore la barque du SACM Une réflexion va être lancé pour renforcer lactivité « supra chauds » dans le cadre de H2020: un programme daccompagnement du prototype 5 teslas sera laxe privilégié. La technologie des aimants à fort champ (HFM) est à lévidence lenjeu majeur des projets FCC et mérite un fort soutien.

15 15 Bonsoir Philippe, Suite à ton message concernant le FCC, voici ma réponse : Le CERN a proposé des Expressions dIntérêt en juin Il me semble que pour les thèmes portés par le SACM, ces expressions dintérêt pourraient concerner les quatre points suivants : Aimants dAccélérateur. Dynamique faisceau. Aimants de détecteurs. Cryogénie et estimations financières Sur ces quatre points la synergie avec le SIS et une réflexion commune avec le SPP seront naturellement des ressorts indispensables. Le CSTS du SPP en juin ma parait être linstance ad hoc pour susciter les propositions et mobiliser les jeunes générations.


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