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

Collaborations existantes CERN-CEA sur les aimants supraconducteurs Contribution historique aux quadripôles LHC Programmes européens : CARE , EuCARD , EuCARD2 Contribution Exceptionnelle de la France 2009-2013 Le CERN et le CEA ont déjà réalisé ensemble: Les bobines MQXC Les 10 tubes d’inertie de rechange de SSS L’outillage et les essais de bobinage Fresca2 L’achat et la qualification de 60 km de brin Nb3Sn Les mesures thermiques micro canaux Etc…

Poursuite et pérennisation de ce programme de développement : La Stratégie européenne ouvre de très riches perspectives Le CERN souhaite s’appuyer sur les Instituts Nationaux Les technologies d’aimants 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 d’une durée de 3 ans couvrant : des études théoriques et expérimentales des constructions de prototypes des constructions de séries d’aimants supraconducteurs.

Liste des 7 Workpackages et perspectives Designation Description WP1 Études thermiques WP2 Quadripôles Q4 pour HL-LHC WP3 Construction et participation au test de l’aimant FRESCA2 WP4 Développements technologiques pour le Nb3Sn WP5 Construction et participation au test de l’insert HTS   WP6 Études pour les aimants à haut champ (HTS) WP7 Étude de la mécanique du câble Rutherford Perspectives Tâches non évaluées, susceptibles de prolonger les workpackages 

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

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 l’expertise historique du CEA Etude, réalisation et test d’un modèle court à une ouverture Etude, réalisation et test  d’un modèle de masse froide courte à 2 ouvertures Etude de la masse froide complète à intégrer dans l’anneau LHC Transfert de technologie vers l’industrie avec réalisation d’un prototype de masse froide à 2 ouvertures Suivi de réalisation industrielle de 5 masses froides avec contrôleur permanent en usine

CEA : Françoise Rondeaux CERN : Paolo Fessia WP3 : Aimant Fresca2 L’activité EuCARD et la CEF 2009-2013 ont préparé la technologie et le conducteur nécessaires à la construction de l’aimant à large ouverture Fresca2 Bobinage des bobines de l’aimant Fresca2 Participation à l’assemblage et aux tests de l’aimant.

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 d’échantillons pour mesures des propriétés mécaniques Mesures des propriétés mécaniques

WP5 : Insert HTc de EuCARD CEA : Mélanie Devaux CERN : Gijs de Rijk WP5 : Insert HTc de EuCARD  EuCARD a préparé le concept et le conducteur pour un insert de 6T à tester dans Fresca2 Fabrication d’un prototype et test en champ de direction variable Réalisation de l’insert « 6T » Test de l’insert seul Participation aux tests dans un dipôle fournissant un champ externe de 13 T 20 mm

WP6 : Études pour les aimants à haut champ CEA : Philippe Fazilleau CERN : Gijs de Rijk EuCARD2 a comme objectif un modèle court d’aimant 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 l’insert EuCARD2 en champ externe (15 T) Une des configurations possibles pour l’aimant HTS EuCARD2

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 Nb3Sn, 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

Perspectives Etude et réalisation d’un 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 d’une étape intermédiaire type T-LEP 2ème aimant Q4 de réserve (si le prototype n’est pas utilisable comme rechange) Etc…..

Etat des lieux L’Irfu SACM a défini des «  cœurs de métier » dans le domaine des aimants d’accélérateur : Conception magnétique + conception mécanique technologie de bobinage Quench et protection Tests des aimants supraconducteurs: La reconstitution de la station d’essais d’aimants d’accélérateurs 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 d’autres activités à l’IRFU.

Commentaires et conclusions La principale difficulté pour l’Irfu 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 l’activité « supra chauds » dans le cadre de H2020: un programme d’accompagnement du prototype 5 teslas sera l’axe privilégié. La technologie des aimants à fort champ (HFM) est à l’évidence l’enjeu majeur des projets FCC et mérite un fort soutien.

Bonsoir Philippe, Suite à ton message concernant le FCC , voici ma réponse : Le CERN a proposé des Expressions d’Intérêt en juin 2014. Il me semble que pour les thèmes portés par le SACM , ces expressions d’intérêt pourraient concerner les quatre points suivants : Aimants d’Accélérateur. 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 l’instance ad hoc pour susciter les propositions et mobiliser les jeunes générations.