Les premiers aimants pour FAIR testés au CERN

Anaïs Schaeffer

Les tout premiers aimants supraconducteurs ont été testés au CERN pour NUSTAR (Nuclear Structure Astrophysics and Reactions), l'une des expériences de la future installation internationale de recherche sur les antiprotons et les ions (FAIR), actuellement en construction au laboratoire GSI (le centre Helmholtz de recherche sur les ions lourds à Darmstadt, en Allemagne).

FAIR devrait commencer la mise en service en vue de ses premières expériences en 2025. FAIR sera un accélérateur polyvalent, qui fournira des faisceaux de particules allant des protons aux ions uranium et présentant une vaste gamme d'intensités et d'énergies, ainsi que des faisceaux secondaires d'antiprotons et d'isotopes rares. Cela permettra de produire et d'étudier des événements comportant des états hadroniques exotiques rares ou des noyaux radioactifs rares à très courte durée de vie.

Le projet a été lancé le 4 octobre 2010, lorsque neuf pays (Allemagne, Finlande, France, Inde, Pologne, Roumanie, Russie, Slovénie et Suède) ont signé un accord intergouvernemental pour la construction et l'exploitation de FAIR. En 2013, le Royaume-Uni a rejoint le projet en tant que membre associé, et la République tchèque souhaite à son tour devenir partenaire.

Dans le cadre d'un accord de collaboration entre l'Organisation et GSI-FAIR signé en 2012, 56 modules d'aimants (à savoir 32 multiplets et 24 dipôles), destinés au SuperFRS (Super-Fragment Separator), le dispositif central de l'expérience NUSTAR, seront entièrement testés et validés au CERN.

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Un multiplet sur l'un des bancs d'essai de la nouvelle installation de test spécialement construite dans le bâtiment 180. (Image: CERN)

À cette fin, une nouvelle installation de test a été spécialement construite dans le bâtiment 180 du CERN ; elle permettra de valider pas moins de 30 types d'aimants. Trois bancs d'essai ont été créés par des experts du CERN et du GSI pour accueillir des modules d'aimants pouvant atteindre 7 mètres de long et 3,5 mètres de haut. Les plus lourds pèsent jusqu'à 70 tonnes, soit plus de deux fois le poids d'un dipôle du LHC. « Il a fallu mettre au point un système cryogénique vaste et complexe, combinant deux unités de pré-refroidissement/réchauffement et un réfrigérateur d'hélium liquide à 4,5 K », explique Antonio Perin, responsable du lot de travaux concernant le système cryogénique. « L'installation est conçue pour un fonctionnement en continu : les tests de validation sont effectués sur l'un des bancs, tandis que le deuxième banc se refroidit et que le troisième se réchauffe ; la séquence de tests dure environ six semaines pour chaque aimant. » Pendant les tests, les aimants sont alimentés à leur courant nominal et leur champ magnétique est cartographié avec précision. Les systèmes d'alimentation et de mesure magnétique ont été adaptés à la nouvelle installation d'essai, ce qui a été rendu possible par la combinaison unique de compétences existant au CERN.

« Nous testons actuellement les aimants de pré-série ; les aimants de série seront livrés l'année prochaine. Les 56 modules d'aimants devraient être testés d'ici 2026 », explique Germana Riddone, coordinatrice technique du projet au CERN. « Nombreux sont les groupes du CERN et les équipes du GSI qui ont participé à l'installation de la nouvelle installation et à sa mise en service, et qui travaillent à présent sur les tests de validation. Cette collaboration avec le GSI est un excellent exemple d'un partenariat amenant le CERN à travailler main dans la main avec un institut national, et cela montre bien la valeur ajoutée qui en résulte de part et d'autre. Nous sommes très heureux d'annoncer que tout se déroule sans heurts et conformément au plan actualisé. »

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Pour plus d'informations sur le projet FAIR, voir cet article publié dans CERN Courier en 2017.