Quadripôle Nb 3 Sn Maria Durante Séminaire SACM 07.03.2008.

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1 Quadripôle Nb 3 Sn Maria Durante Séminaire SACM 07.03.2008

2 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Plan de l’exposé Objectifs et Conception du Quadripôle Nb 3 Sn Le Nb 3 Sn Composants et Procédé de fabrication La Fabrication des bobines L’Assemblage et frettage des bobines Premiers résultats des mesures magnétiques à chaud de l’ensemble fretté Activités en cours et à venir, Planning

3 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Objectifs - Conception Se familiariser avec les technologies relatives à l’utilisation du Nb 3 Sn, en développant des procédures « industrialisables » Réaliser un modèle d’aimant quadripolaire avec une conception électromagnétique basée sur celle des quadripôles en NbTi des arcs de LHC, mais sans circuit magnétique Gradient211 T/m Courant nominal 11870 A B max 8.3 T Longueur section droite 1 m Section droite de la masse froide Quad Nb 3 Sn

4 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Le Nb 3 Sn Les paramètres critiques intrinsèques du Nb 3 Sn sont doubles de ceux du NbTi mais : Il nécessité d’être formé via un traitement thermique à haute température Une fois formé, il devient fragile et sensible aux déformations Les composants et procédés de fabrication doivent tenir compte de ces points faibles Comparaison des performances critiques des supraconducteurs usuels (N.M. Wilson, 2002) Effet d’une déformation uniaxiale sur Bc2 (normalisée à la valeur sans déformation)

5 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Gamme de fabrication des bobines Les bobines sont réalisées selon la technique dite « Wind, React and Impregnate » : Le bobinage est réalisé à partir d’un conducteur isolé contenant les précurseurs du Nb 3 Sn Une fois mis en forme le conducteur, les bobines sont soumises au traitement thermique qui permet la formation du composé Nb 3 Sn Après le traitement thermique, les bobines sont imprégnées de résine sous vide pour assurer leur cohésion mécanique nécessaire à leur manipulation Entre le traitement thermique et l’imprégnation, des jonctions Nb 3 Sn/NbTi sont réalisées aux extrémités de chaque bobine en préparation des connexions entre pôles

6 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Composants bobines 1/2 Le conducteur est issu d’une collaboration avec ALSTOM/MSA. 36 brins, avec un feuillard inox de 125 µm Largeur câble : 15.1 mm Ep. moyen câble : 1.48 mm Angle de Keystone : 0.9° Ø brin : 0.825 mm 19 sous-éléments 3762 filaments de Nb-7.5wt%Ta Barrière anti-diffusion en NbTa Jc (4.2K, 7T ) : 1850 A/mm2 Ø effectif filaments : 19 µm

7 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Composants bobines 2/2 Les composants des bobines ont été choisis/développés pour être compatibles avec la méthode de fabrication et les propriété mécaniques du conducteur isolé et imprégné Isolation conducteur : ruban de fibres de verre S2 complété par imprégnation de résine sous vide Cales de tête, cales angulaires : CuAl9 Isolation cales de têtes, isolation interspire, isolation intercouche : feuilles de mica phlogopite de 0.1 mm d’épaisseur

8 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Bobinage Le deux couches de conducteurs sont bobinées l’une sur l’autre, sans jonction intermédiaire Durée des opérations : 2 à 3 semaines par bobine

9 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Traitement thermique La bobine est transféré dans le moule de réaction, où les conducteurs sont bloqués dans leur position finale Bobinage bloqué radialement et azimutalement, libre axialement Palier à 660°C - 10 jours Durée traitement thermique = 20 jours Durée totale des opérations : 4 semaines

10 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Jonctions Nb3Sn/NbTi Chaque extrémité Nb3Sn des bobines est soudée à un conducteur NbTi, qui permettra de réaliser les connexions inter-pôle Durée des opérations : 1.5 semaines

11 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Instrumentation Chaque bobine est instrumentée avec 13 prises de potentiel de diagnostique 2 3 1 4 0 10 8 7 5 6 9 Durée des opérations avant imprégnation : 0.5 semaines

12 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Imprégnation de résine sous vide Imprégnation de résine époxy Araldite CY192-1 + durcisseur HY918 Durée des opérations (+ nettoyage du pôle) : 2 semaines

13 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Tests sur bobines Tests électriques chez ACCEL, Allemagne massage têtes Tests mécaniques chez ACCEL, Allemagne Tests électriques chez ACCEL, Allemagne Tests mécaniques chez ACCEL, Allemagne massage section droite

14 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Point sur fabrication bobines 2 pôles d’essai ont été réalisés pour valider le procédé de fabrication; les sections droites de ces pôles ont été découpées pour réaliser trois essais de frettage (capteurs capacitifs, jauges de déformation) pour valider le procédé de frettage des bobines 6 pôles certifiés ont été réalisés Points délicats de la fabrication : Cales de tête métalliques Bobinage : changement de couche, premiers tours (2 pôles/6 avec un court circuit entre tour après le premier virage) Traitement thermique : fermeture moule, stress résidu, vrillage, allongement bobines (2 à 4 mm) Jonctions : espace réduit, manipulations délicates Imprégnation : étanchéité moule, front de polymérisation de la résine

15 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Point sur fabrication bobines Dimensions bobines (sous 50 MPa)

16 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Bobines avec court circuit entre tours 2 pôles sur 6 présentaient un court circuit entre tours Localisation

17 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Bobines avec court circuit entre tours 2 pôles sur 6 présentaient un court circuit entre tours Localisation

18 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Bobines avec court circuit entre tours 2 pôles sur 6 présentaient un court circuit entre deux tours Réparation

19 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Réalisation Aimant L’assemblage et le frettage des bobines ont été réalisés selon la même procédure que pour les quadripôles LHC L’aimant est instrumenté avec 8 doubles capteurs capacitifs sur le plan polaire des bobines et de 12 jauges de déformation collées sur les colliers de frettage dans la section droite et dans les têtes des bobines

20 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Réalisation Aimant L’assemblage et le frettage des bobines ont été réalisés selon la même procédure que pour les quadripôles LHC, chez ACCEL.

21 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Réalisation Aimant L’assemblage et le frettage des bobines ont été réalisés selon la même procédure que pour les quadripôles LHC, chez ACCEL. Massage 2 Clavetage 50% Clavetage 100% Massage 1

22 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Finalisation Réalisation Aimant (en cours) L’ensemble fretté a été ramené à Saclay, où les brides d’extrémité ont été soudés aux clavettes de frettage La réalisation des connexions entre les pôles est en cours

23 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Mesures magnétiques à chaud Avant la réalisation des connexions internes, des mesures magnétiques à chaud ont été réalisées sur l’ensemble fretté Les résultats sont en cours d’analyse Une nouvelle campagne de mesure sera réalisée après réalisation des connexions internes et pendant la réalisation de la masse froide

24 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Réalisation masse froide L’assemblage de la masse froide du quadripôle sera réalisé à Saclay Maquette CAO 3D de la masse froide (A. Acker)

25 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Tests à froid Les tests à froid de l’aimant seront réalisés à Saclay dans la station d’essais SCHEMa du bât. 198. Cryostat horizontale Station d’essai SCHEMa (B. Hervieu)

26 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Tests à froid Phase I Les tests de l’aimant seront réalisés à Saclay dans la station d’essais SCHEMa du bât. 198. L’installation dans le cryostat horizontale de la station devrait démarrer dans le 2ème trimestre 2008 et devrait prendre 2 mois Masse froide dans le cryostat horizontale de la station d’essais SCHEMA (A. Acker)

27 M. DuranteQuadripôle Nb 3 SnSéminaire SACM 07.03.2008 Tests à froid Phase I - Planning Les tests à froid, sur une durée estimée de 2 (3) mois, vont être effectué à 4.2K (et à 1.8K): cycles de training (système d‘antennes à quench, prises de potentiel), un cycle thermique jusqu’à T ambiante, mesures de la qualité de champ.