Un aimant de démonstration produit un champ magnétique record

Publié par Redbran le 04/04/2020 à 14:00
Source: CERN
Le démonstrateur eRMC, formé de deux bobines plates à base de niobium-étain, a produit un champ magnétique pic de 16,5 teslas. Un essai prometteur dans le cadre de l'étude sur un futur collisionneur circulaire (FCC).


Le démonstrateur eRMC avant son insertion dans un cryostat pour être testé (Image: CERN)

Atteindre des champs magnétiques plus élevés est l'une des clés pour repousser les limites en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) des accélérateurs. Le CERN et plusieurs laboratoires dans le monde (Le mot monde peut désigner :) ont lancé des programmes de R&D pour améliorer les technologies d'aimants existantes. En février dernier, un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés...) de démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à...) à base du supraconducteur niobium-étain, refroidi à 1,9 kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non...), a atteint un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par...) pic de 16,5 teslas sur le conducteur, dépassant le précédent record de 16,2 teslas de 2015.

Le démonstrateur, dénommé "enhanced Racetrack Model Coil" (eRMC), est une superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin,...) de deux bobines plates en forme de piste de course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.), d'où son nom. Les bobines sont réalisées à partir d'un câble constitué de brins composites multifilamentaires en niobium-étain, un supraconducteur qui permet d'atteindre des champs magnétiques plus élevés que le supraconducteur niobium-titane actuellement utilisé pour les aimants du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons LHC. Les aimants dipôles du LHC présentent un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) nominal de 8,3 teslas.

Le niobium-étain est le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) utilisé pour certains des nouveaux aimants du LHC à haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), successeur du LHC, avec des aimants dipôles et quadripôles générant un champ magnétique de l'ordre de 12 teslas. Ce gain est déjà important par rapport au niobium-titane, mais le niobium-étain permet de produire des champs magnétiques plus élevés encore. Ce potentiel est à présent exploré, notamment dans le cadre de l'étude sur un futur collisionneur circulaire (FCC). Pour atteindre une énergie de collisions de 100 TeV avec un anneau de 100 km de circonférence, il est en effet nécessaire d'utiliser des aimants dipôles générant des champs magnétiques de 16 teslas.

Si le démonstrateur eRMC n'est pas un aimant d'accélérateur à proprement parler, sa configuration permet de tester les performances des conducteurs niobium-étain. Durant les tests, l'aimant eRMC a ainsi atteint un champ magnétique pic sur le conducteur de 16,5 teslas, refroidi à 1,9 K (la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert...) d'exploitation du LHC). À 4,5 K, il a atteint 16,3 teslas, ce qui correspond à 98 % des performances maximales estimées du câble supraconducteur.

"Ces résultats et les récentes avancées sur les aimants en niobium-étain démontrent le potentiel d'une telle technologie pour un collisionneur de hadrons de prochaine génération", souligne Luca Bottura, le responsable du groupe Aimants, supraconducteurs et cryostats du CERN. Ce record s'inscrit en effet dans la lignée de travaux prometteurs dans plusieurs laboratoires. Un autre aimant, FRESCA2, présentant une ouverture de 100 mm, a démontré un champ magnétique de 14,6 teslas en 2018 au CERN. FRESCA2 a été développé pour être intégré dans une station de tests pour les câbles supraconducteurs. L'an passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur...), le Laboratoire américain Fermi a testé un modèle court d'aimant dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) de type accélérateur, avec une ouverture de 60 millimètres, qui a atteint un champ magnétique de 14,1 teslas à 4,5 kelvins.

Les équipes du CERN vont poursuivre leurs travaux pour se rapprocher d'une configuration d'un aimant d'accélérateur. Le démonstrateur eRMC va ainsi être démonté et réassemblé avec une troisième bobine dans le plan médian pour créer une cavité de 50 millimètres.
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