Rapport sur l'accélérateur : l'extinction d'un aimant triplet interne du LHC provoque une petite fuite aux conséquences majeures

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19 juillet 2023

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Par Rende Steerenberg

A 1h00 + 17 secondes le lundi 17 juillet, les faisceaux du LHC ont été largués après seulement 9 minutes de collision en raison d'un verrouillage radiofréquence provoqué par une perturbation électrique. Environ 300 millisecondes après que les faisceaux aient été largués proprement, plusieurs aimants supraconducteurs autour du LHC se sont éteints, c'est-à-dire qu'ils ont perdu leur état supraconducteur. Parmi ces aimants se trouvaient les aimants triplets internes situés à gauche du point 8 (LHCb), qui jouent un rôle crucial dans la focalisation des faisceaux de l'expérience LHCb.

Même si cette séquence d'événements ne se produit pas très souvent pendant l'exploitation des faisceaux, elle n'est pas exceptionnelle pour le LHC, puisqu'il faut s'attendre à des extinctions occasionnelles de certains aimants supraconducteurs.

Dans ce cas particulier, la perturbation électrique a amené le système de protection contre la trempe (QPS) à déclencher les réchauffeurs de trempe des aimants concernés. Ces réchauffeurs de trempe sont constitués d'une résistance électrique intégrée dans les bobines magnétiques ; ils sont conçus pour chauffer rapidement lorsqu'une trempe localisée se produit quelque part dans l'aimant, afin de faire sortir efficacement l'ensemble de l'aimant de l'état supraconducteur de manière contrôlée et homogène. Lors d'une telle trempe, l'hélium liquide présent dans l'aimant se réchauffe et se transforme en gaz qui est récupéré par le système cryogénique pour être re-liquéfié, prêt à refroidir à nouveau les aimants.

Bien qu'il s'agisse d'un comportement normal et attendu, les contraintes mécaniques impliquées dans ce processus sont importantes et peuvent, dans de très rares cas, entraîner des dommages. Malheureusement, dans le cas de l'aimant triplet interne situé à gauche du point 8, une petite fuite est apparue entre le circuit cryogénique, qui contient l'hélium liquide, et le vide d'isolation qui sépare l'aimant froid de la cuve extérieure chaude, connue sous le nom de comme le cryostat. Cette barrière à vide est cruciale pour empêcher le transfert de chaleur du tunnel environnant du LHC vers l’intérieur du cryostat (cela est similaire au fonctionnement d’une bouteille thermos). À la suite de la fuite, cette isolation a été perdue : le vide de l'isolation s'est rempli d'hélium gazeux, refroidissant le cryostat et provoquant la formation et le gel de la condensation à l'extérieur.

Au moment où j'écris, des investigations sont en cours pour identifier l'origine de la fuite, afin de permettre d'élaborer une stratégie de réparation. Néanmoins, il est clair qu’une intervention sur l’aimant triplet interne à température ambiante sera nécessaire. Cet incident aura probablement un impact important sur le calendrier du LHC, le fonctionnement de la machine ne devant probablement pas reprendre avant au moins plusieurs semaines.