Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules

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1 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules F. Forest - SIGMAPHI DECIELEC – 17/18 Octobre 2017 - Toulouse

2 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

3 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

4 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules LE GROUPE SIGMAPHI Sigmaphi Magnets: 21 M€, 140 personnes, basée à Vannes (France) Sigmaphi Electronics, 4,5 M€, 43 personnes, basées à Haguenau (France) Sigmaphi China, 1 M€, 12 personnes, basée à Pékin Sigmaphi Japan, antenne commerciale basée à Tokyo

5 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules LES SYSTEMES MAGNETIQUES RESISTIFS PERMANENTS PULSES SUPRACONDUCTEURS

6 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules LES ALIMENTATION ELECTRIQUES PULSEES DC RF

7 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

8 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Force de Lorentz Guider DIPOLES QUADRUPOLES Focaliser

9 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules La physique des hautes énergies

10 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 04/07/2012 Découverte du Boson de Higgs Au CERN !

11 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 11 La hadron thérapie

12 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules

13 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Proton thérapie: 250 Mev: 1.5 T – Rayon 1,6 m LHC collider: 7 Tev ! - Champ 8.3 T – Rayon 2812 m ! Supraconducteurs Hadron thérapie Carbone: 400 Mev: 1.8 T – Rayon 3,77 m ou 2.88 T – Rayon 2,3 m Champ magnétique x Rayon de déviation est proportionnel à l’Energie

14 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 14/10/2013 JM Rifflet CEA/Irfu/SACM - Roscoff - Développements des aimants à champ élevé pour les futurs Accélérateurs 14

15 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

16 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 24 tonnes Longueur 4 m – Diamètre utile 600 mm 4,25 T 3500 A - NbTi

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18 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules

19 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Bobinage

20 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Assemblage

21 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Assemblage

22 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Assemblage

23 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Q2 Q3DIPOLE Installation 2016

24 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

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27 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules QUACO Quadrupole R&D for CERN Hilumi Double aperture quadrupoles ID 90 mm – Gradient 120 T/m (peak field 6,1 T) Length 4 meters – NbTi – 1,9K – 4596 A -

28 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules QUACO Quadrupole R&D for CERN Hilumi Livraison 2020

29 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

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32 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Ions Carbone Champ 1.8 T → 2.9 T Dim. 25 x 13 m → 19 x 12 m Poids 600 Tonnes → 300 Tonnes NIRS Gantry (Japon)

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35 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

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37 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Extraction Injection Cyclotron supraconducteur – Protons 12 Mev - 2.35 T – Sans hélium – Mode persistant

38 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Sans hélium liquide 25% plus compact

39 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Bobinage

40 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Montage Mise en service 2018

41 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules 1.SIGMAPHI 2.ACCELERATEURS, SUPRACONDUCTIVITE & MAGNETISME 3.ANATOMIE D’UN AIMANT SUPRACONDUCTEUR 4.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA PHYSIQUE DES HAUTES ENERGIE 5.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA HADRON THERAPIE 6.EXEMPLES - ACCELERATEURS POUR LA RECHERCHE MEDICALE 7.LE MOT DE LA FIN

42 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Enjeux technologiques: Champs magnétique intenses: physique des hautes énergies Compacité, poids: Hadron thérapie, Cyclotrons médicaux Contraintes technologiques :  Stabilité et protection des bobines supraconductrices (NbTi, Nb3Sn, YbCO, MgB2)  Gestion des contraintes mécaniques  Cryogénie: avec hélium ou sans hélium  Coût de développement

43 Systèmes magnétiques supraconducteurs pour les accélérateurs de particules Une activité R&D intense et passionnante! Merci pour votre attention!