1 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Conception et calcul de la Structure Chaude d’ATLAS Toroïde Zhihong SUN DSM/Irfu/SIS/LCAP.

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1 1 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Conception et calcul de la Structure Chaude d’ATLAS Toroïde Zhihong SUN DSM/Irfu/SIS/LCAP

2 2 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Sommaire Présentation de l’expérience ATLAS Conception et calcul de la structure chaude Outillages pour le montage d’ATLAS Toroïde Conclusion

3 3 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Présentation de l’expérience ATLAS LHC et ATLAS

4 4 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Afin de créer un champ magnétique pour la détection des muons, le DAPNIA a développé un système d’aimant innovatrice: Le Toroïde Barrel. Il est constitué de 8 bobines supraconductrices disposées en éventail autour de l’axe du faisceau. Présentation de l’expérience ATLAS ATLAS et Toroïde Barrel L’expérience ATLAS: Longueur : 40m Diamètre extérieur : 20 m Toroïde Barrel Aimant End-cap Trajectographe interne Solénoïde Chambres à muons Calorimètre électromagnétique Calorimètre hadronique

5 5 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Double galettes Boîte à bobine Section du conducteur Présentation de l’expérience ATLAS Bobine Les bobines sont en forme d’hippodrome, de 26 m de long, 5 m de large, enfermées chacune dans une enceinte à vide tubulaire de diamètre 1 m. Une bobine Section d’une bobineBoîte à bobine Double galettes

6 6 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN La structure chaude permet de positionner les 8 bobines dans l’espace. maquette CAO Euclid 3D, SIS/LCAP Présentation de l’expérience ATLAS Structure Chaude

7 7 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Au sein du DAPNIA, relations étroites avec le SACM – le maître d’œuvre du Toroïde et avec l’équipe d’ATLAS du SPP. Relations avec le CERN et autre instituts impliqués dans les études du l’environnement. Vérification de la cohérence des multiples interfaces qui composent le détecteur. Étude des impacts des modifications des sous systèmes. Relation avec CERN/TIS pour répondre aux contraintes de sécurité et des réglementations. Présentation de l’expérience ATLAS Cadre de la collaboration

8 8 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Conception et calcul de la structure chaude l’Ensemble - l'ensemble est constitué par des anneaux de voussoirs et d’entretoises qui relient les enceintes à vide. - la structure est supportée par 9 paires des pieds qui servent aussi transférer la charge des détecteurs internes. - la structure mesure 20 m de diamètre et 26 m de longueur.

9 9 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN La meilleure transparence pour les particules le moins de matière possible. Haute précision de positionnement des détecteurs à muons pour la reconnaissance des trajectoires de particules dans l’espace. déformation globale de la structure inférieure à 30 mm. pour une charpente métallique de la même taille, la déformation autorisée classiquement serait de l’ordre de 300 mm. Stabilité en position des détecteurs à muons pour la reproductibilité des expériences. contrôle des déformations de la structure dans toutes les configuration. Conception et calcul de la structure chaude Exigences physiques

10 10 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Poids supporté par la structure: 1300 tonnes - poids propre, de la masse froide, des chambres à muons, des services... etc. Présence ou non des forces magnétiques: - forces radiales: 1100 tonnes / bobine - forces axiales: 240 tonnes / de chaque coté Pression atmosphérique Déformations et contraintes thermiques C’est une structure qui vit. En situation accidentelle: - « fault magnetic scenario » - incident sismique - autres risques Assemblages boulonnés forces magnétiques chargements des chambres à muons Conception et calcul de la structure chaude Challenges mécaniques

11 11 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN C’est un défi de modéliser cette structure du fait de ses grandes dimensions et de sa complexité géométrique. Tous les composants structurels sont représentés dans le modèle avec leur géométrie réelle. Un zoom du modèle Conception et calcul de la structure chaude Calcul Modèle global ANSYS

12 12 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN déformation de la structureIso valeurs des contraintes Conception et calcul de la structure chaude Calcul

13 13 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Modèle global CASTEM Conception et calcul de la structure chaude Calcul

14 14 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Modèles locaux pour les analyses spécifiques locales: Modèle d’un anneau de voussoir Modèle CASTEM pour calcul d’assemblage boulonnées Conception et calcul de la structure chaude Calcul Contraintes autour des trous de passage

15 15 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Outillage pour inclinaison des bobinesOutillage pour descente des bobines Outillages pour le montage d’ATLAS Toroïde Développement de la totalité des outillages de montage de toroïde. Contraintes spécifiques: - Masse et volume des éléments à manutentionnés; - Accessibilité caverne; - Déformation des bobines à limiter; - Respect des normes de sécurité stricts.

16 16 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Outillages pour le montage d’ATLAS Toroïde Calculs d’ensemble des cadres avec bobine Calculs des cadres

17 17 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Descente de la bobine Remise en position horizontale de la bobine Descente de la bobine dans la caverne Outillages pour le montage d’ATLAS Toroïde

18 18 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Le 04/11/2004 Installation de la première bobine Le 26/08/2005 Installation de la dernière bobine Installation des bobines Outillages pour le montage d’ATLAS Toroïde

19 19 Exposé du 14/09/2005, DSM/DAPNIA/SIS/LCAP Z. SUN Nous avons le sentiment d’avoir participé activement à la réalisation d’un système complexe et maîtrisé. - Maîtrise de la performance, des délais et des coûts. Cet objectif a pu être atteint grâce aux équipes complémentaires présentes au DAPNIA : - Physique des particules - Magnétisme - Modélisation mécanique et thermique - CAO et expertise technologique - Suivi industriel Ces développements ont permis d’enrichir et pérenniser des compétences utiles aux projets futurs du DAPNIA et de la DSM. Conclusion