D ÉFORMATION MÉCANIQUE ET H OMOGÉNÉITÉ DE CHAMP MAGNÉTIQUE D ’ UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR Projet Industriel de Fin d’Etude Février-Juin 2010.

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1 D ÉFORMATION MÉCANIQUE ET H OMOGÉNÉITÉ DE CHAMP MAGNÉTIQUE D ’ UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR Projet Industriel de Fin d’Etude Février-Juin 2010

2 I NTRODUCTION Imagerie par résonance magnétique (IRM) Neurospin accueillera en 2012 un imageur par résonance magnétique IRM de 11,75 teslas avec une ouverture de 90 cm de diamètre permettant le passage du corps entier d’un patient. L’aimant Iseult Déformations Les déformations lors de l’utilisation ont de nombreux impacts sur la perte d’homogénéité du champ en particulier la perte de symétrie. 2

3 S OMMAIRE Le CEA Présentation du CEA Le Projet Iseult Problématique L’aimant ISEULT Géométrie Chargements Méthode de Calculs Mécanique Magnétique Résultats Mécanique Magnétique Conclusion 3

4 L E C.E.A Plusieurs Centre en France Saclay :5000 chercheurs, plus important des centres CEA. Domaines de recherche très variés Division en plusieurs départements Direction des sciences et de la matière ( DSM) Service IRFU. CEA Saclay La recherche appliquée au nucléaire La recherche technologique La recherche fondamentale 4

5 P ROJET I SEULT : P RÉSENTATION Projet franco-allemand. aucun industriel capable de réaliser seul cet aimant collaboration avec des industriels majeurs du secteur: Guerbet, Siemens Medical Solutions et Alstom MSA. Saut technologique pour l’imagerie moléculaire: permettront de progresser dans la connaissance du cerveau améliorant la résolution des images d’un facteur 1000. 5

6 P ROJET I SEULT : LES DÉFIS Grande intensité de champ (intensité de 11,75 T, soit plus de 200 000 fois le champ magnétique terrestre) Grand volume utile. Stabilité temporelle: Homogénéité du champ de 0.05 ppm par heure. Confinement du champ magnétique dans la salle d’expérience (blindage actif par un second bobinage). 6

7 P ROBLÉMATIQUE Etudier l’impact des différentes caractéristiques mécaniques des matériaux de l’aimant sur l’homogénéité du champ magnétique d’Iseult. 7

8 A IMANT I SEULT : GÉOMÉTRIE 8 Copyright F.Nunio

9 A IMANT I SEULT : GÉOMÉTRIE une double galette est constituée par: le supraconducteur l’âme du conducteur l’isolant inter-tour (bleu) l’isolant inter- double galettes (vert) de canaux d’hélium (noir) Longueur de bobinage3.852 m Rayon intérieur0.5 m Rayon extérieur0.949 Nombres de doubles galettes170 Nombres de tour par galette :88 9 Copyright F.Nunio et Technical design report

10 A IMANT I SEULT : D OUBLE GALETTE 10 Copyright F.Nunio

11 A IMANT I SEULT : C HARGEMENT Préchargement MCW : poids de la bobine principale CEFP : coefficient de frottement Epoxy-verre Condition thermique : α coefficient de dilatation thermique du matériau E : module de Young du matériau différence de température Chargement magnétique: Force de Lorentz Où B est le champ magnétique et j le courant de surface. 11

12 M ÉTHODE DE CALCUL MÉCANIQUE Homogénéisation des caractéristiques mécaniques d’un élément primaire d’une double galette. Création de la géométrie de l’aimant Iseult Calculs de la déformé : 12 Copyright F.Nunio

13 M ÉTHODE DE CALCUL MAGNÉTIQUE Projection en harmoniques sphériques Calculs des coefficients Zn Programme Excel Shimming: 13

14 R ÉSULTATS : MÉCANIQUES Facteurs ayant peu d’impacts sur les déformations de l’aimant. Le choix de la géométrie de modélisation: Sélection des caractéristiques mécaniques en fonctions de la température 4°K et 300°K. Pré-chargements 14 Copyright F.Nunio

15 L ES DIFFÉRENTES DÉFORMATIONS Pré-chargementConditions ThermiqueChargement magnétiqueSituation en service 15

16 R ÉSULTATS : MÉCANIQUES Facteurs importants concernant les déformations: Contraintes les plus importantes: Contraintes thermique Forces de Lorentz Impacts des différentes caractéristiques mécaniques: Modules de Young Coefficient de dilatation thermique linéaire 16

17 R ÉSULTATS MAGNÉTIQUES Cas symétrique: Variations de chaque caractéristique mécanique de - 15% Très peu de variations sur les Zn Ez CA 17

18 R ÉSULTATS MAGNÉTIQUES Cas asymétrique: Pire des cas: Variation de chaque paramétres seulement sur une moitié d’aimant de – 15% Résultats: Coefficient de dilatation thermique linéaire de SC Ex CA Nuxz CA Partie 1: Caractéristique s nominales Partie 2: Caractéristiques nominales Sauf une qui varie de -15% 18

19 C ONCLUSION Peu d’impacts sur les déformations mécaniques : De l’ordre de 3% de variation Aimant très homogène même dans le pire des cas asymétrique Défauts tous corrigeables grâce au « shimming » Choix des matériaux: attention au Module de Young normal de l’isolant Coefficient de Poisson XZ de l’isolant Coefficients de dilatation thermique linéaire 19

20 Q UESTIONS En vous remerciant de votre attention