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AIMANTS SUPRACONDUCTEURS
Philippe FazilleauCEA/DSM/IRFU/[email protected]
Ecole IN2P3 AccélérateursPhilippe Fazilleau
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Plan du cours
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1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Bibliographie• « CERN ACCELERATOR SCHOOL » : mesures magnétiques ,
physique générale des accélérateurs, lumière synchrotron ,supraconductivité.
• « Magnétostatique », E. Durand.
• « Superconducting Magnets », Martin N. Wilson
• « Les Supraconducteurs », P. Tixador
• « Superconductivity of Metals and Alloys », P.G. de Gennes
• « ElectroMagnétisme » vol, 1 et 2, R. Feynman
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1. Brève Histoire de la Supraconductivité2. Conducteurs supraconducteurs
�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Brève histoire de la supraconductivité
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1911 :Le savant Hollandais observe la disparition brutale de larésistivité du mercure au dessous de 4.2 K. C’ est la découvertede la supraconductivité.
Certains métaux purs tels Pb, Sn , Al sont supraconducteurs maisles meilleurs conducteurs électriques tels Cu , Ag , Au nepossèdent pas la supraconductivité.
1908 : Kamerlingh Onnes réalise la liquéfaction de l’ hélium qui, à la pression atmosphérique, bout à 4.2 K
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• 1933 : mise en évidence du diamagnétisme parfait dessupraconducteurs (Meisner et Ochsenfeld)
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Brève histoire de la supraconductivité
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Le diamagnétisme parfait : effet Meisner
Un supraconducteur refroidi à une température inférieure à satempérature critique et placé dans un champ magnétique
expulse totalement son flux Magnétique
L’effet se manifeste lorsque le champ magnétique est appliquéaprès le refroidissement
Mais il en va de même lorsque l’ application du champ précèdele refroidissement
Ce diamagnétisme parfait ne peut donc pas s’expliquer par lasimple hypothèse d’ une résistivité nulle.
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Brève histoire de la supraconductivité
• 1913 : Découverte d’ un champ critique
• 1920 : Découverte d’ une densité de courant critique et del’existence de 2 types de supraconducteurs. Le type 1 ne peutsupporter que des densités de courant et des champsmagnétiques faibles. Dans le type 2 , le flux pénétre de façondiscontinue mais il autorise des valeurs de champ et decourant plus élevées.
• 1957 : Théorie BCS de Bardeen, Cooper et Schrieffer. Lasupraconductivité est due au transport de charge par despaires d’ électrons.
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Surface critique
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Diagramme de phase du Niobium-Titane (NbTi)
La partie hachurée donne la courbeJc(B, T) à 4 K, c’est-à-dire la densité decourant maximale dans lasupraconducteur refroidi à latempérature de l’ hélium liquide etsoumis à une induction magnétique B.
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Caractéristique de courant critique NbTi & Nb3Sn
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Brève histoire de la supraconductivité
• Début des années 1960 : apparition du composéintermétallique d’étain et niobium Nb3Sn puis de l’alliageniobium-titane NbTi. Ces matériaux sont assez performantsmagnétiquement et surtout mécaniquement pour réaliser desélectroaimants.
• Il faut gérer les phénomènes qui apparaissent lors du brusqueretour à l’ état normal , le « Quench » (ou transition).
• On découvre qu’ il faut ajouter du cuivre au supraconducteurpour assurer sa « stabilisation ».
• 1986 : découverte des supraconducteurs à haute températurecritique :…125K pour Ti-Sr-Ca-Cu-O
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1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Position du problème
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Conducteur supraconducteur à basse température
critique dans un électroaimant ⇒⇒⇒⇒ prise en compte des
propriétés électriques et thermiques du matériau supraconducteur etde sa matrice normale, de celles de l’isolation, de l’environnementcryogénique (fluide réfrigérant).
� Assurer le point de fonctionnement d’un aimant compte tenu d’éventuelles perturbations :
concept de stabilité.
� Assurer la sécurité thermique du bobinage lors
d’une transition accidentelle : protection de
l’aimant.
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Fonctionnement d’un aimant supraconducteur
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Io : courant de transport dans le bobinage (courant imposé par le circuit extérieur)
To : température de fonctionnement Ic
Ic(T0)
B0 B
I0
droite de charge du bobinage B(I)
Ic(Tcs)
point de fonctionnement
caractéristique critique du conducteur
T
Marge de température
Courant de fonctionnement I0
TcsT0
B0
Tc
Ic
Marge de température
∆∆∆∆T = Tcs – T0 : marge de température entre la température de transition de l’état
supraconducteur vers l’état normal, Tcs, et la température de fonctionnement, T0.
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Fonctionnement d’un aimant supraconducteur
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Marge enthalpique du conducteur
Énergie volumique minimale nécessaire
pour faire transiter le conducteur :
Quelques ordres de grandeur
Composite NbTi – Cu avec Cu/NbTi = 2
T0 = 4,5 K et ∆T = 1,2 K : ∆H = 3 300 J/m3
T0 = 1,8 K et ∆T = 1,2 K : ∆H = 500 J/m3
4,2 K
300 K
∆� � � ��� � � �� � ��� �����������
��
∆∆∆∆H ≈≈≈≈ 1000 J/m3 (énergie très faible : quelques
µµµµJ/mm3) ⇒⇒⇒⇒ les aimants supraconducteurs sont
très sensibles aux perturbations mécaniques
comme des mouvements de conducteurs
Marge de stabilité ?
Un supraconducteur composite, soumis à une perturbation d’énergie supérieure à
∆H, peut il transiter et recouvrer spontanément son état supraconducteur ?
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Qu’est ce que la stabilité thermique d’un supraconducteur ?
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Stabilité du point de fonctionnementS’il transite accidentellement, le conducteur doit pouvoir récupérer
spontanément son état supraconducteur.Aide : son environnement (conducteurs voisins froids, fluide réfrigérant).
Deux classes de perturbations
Dissipations d’énergie prévisibles : prises en compte lors de la conception (dans la marge de
température)
Spectre des perturbations (espace et temps)
Distribuées et quasi-stationnaires (W/m3)
Localisées et stationnaires (W)
Localisées et transitoires (J)
Exem
ple
s
Pertes AC
Flux neutronique
Pertes faisceau
Conduction par les supports
Jonctions électriques de conducteurs
Sauts de flux
Mouvements de conducteurs
Fissures de résine
Perturbations accidentelles (objets des études de stabilité)
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Trois figures de mérite
� La marge en température du conducteur, ∆T
� La MPZ (minimum propagating zone) qui donne une idée deslois d’échelle générales et des facteurs qui doivent êtreoptimisés lors d’un dimensionnement. Elle permet de comparerles performances d’un supraconducteur dans un aimant.
� La MQE (minimum quench energy), quantité minimale dechaleur, déposée instantanément en un point, nécessaire pourprovoquer un quench ; elle est utile pour un calcul prédictif ducomportement thermique d’un aimant donné.
Plus ces valeurs sont élevées, moins l’aimant transite facilement.
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Trois grandeurs permettent d’évaluerle niveau de stabilité d’un aimant :
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Protection des aimants supraconducteursPourquoi doit-on protéger un aimant supraconducteur ?
Aimant supraconducteur
jbob = jCu x 10 ⇒ épaisseur / 10
⇒ Vtot = 1,9 m3
E = 1 GJ = 109 J
Conversion de l’énergieélectromagnétique en chaleur dans lazone résistive
Vrés = Vtot / 10 ⇒ E / Vrés = 5 109 J/m3
⇓
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Aimant résistif en cuivre
jCu = 2 A/mm2
Vtot = π (1,32 – 0,52) 7 = 32 m3
Dissipation : E/V = 32 106 J/m3
⇓
zone normale résistive
1E = 1 GJ
B = 2 T2,6
7 m
1 E = 1 GJ
B = 2 T
T = 65 K T = 1400 K
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Protection en cas de quenchTransition irréversible d’une zone de conducteur de l’état
supraconducteur à l’état normal (résistif)
dissipation de l’énergie électromagnétique dans une fraction du volume total du bobinage
Moyen pour assurer la sécurité thermique du bobinage :
décharger l’énergie dans tout le volume ou à l’extérieur
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inconvénient : fortes pertes cryogéniques
inconvénient : décharge rapide dans résistance extérieure
⇒⇒⇒⇒ forte tension aux bornes du bobinage
La protection d’un aimant relève de problèmes thermiques et électriques
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Schéma typique de protection (CMS)
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I ≈≈≈≈ I0 exp(-t/ττττ)
I
0
t ττττ ≈≈≈≈ L/Re
En fin de décharge, toute l’énergieélectromagnétique initiale estdégradée en chaleur dans larésistance Rdump (et dans r) :
( )∫∞
+=0
2202
1dtIrRLI e
V
A B 0
r ≈≈≈≈ 0
r > 0
r : résistance de la zone transitée
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1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Contraintes mécaniques
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~ JBRσ� Reprise des efforts par le bobinage lui-même ou par une structure extérieure
� Limiter les concentrations de contraintes pour ne pas endommager l ’isolation électrique
Les conducteurs ne doivent pas bouger, pour conserver leur forme(qualité du champ) et pour éviter les dissipations, sous de trèsimportantes forces de Laplace.
Contrainte d’une boucle de rayon 200 mm, portant 150A/mm2, dans 10 T:
σσσσq = J B R = 1.5108 10 0.2 = 300 MPa
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1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Contraintes cryogéniques
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Assurer un « bon refroidissement » à la température de l ’hélium
Q(rJ2 , …) < h P/A (Tc -Tbain)
� Refroidissement indirect par conduction à travers le bobinage
� Circulation forcée d ’hélium dans le conducteur
� Refroidissement direct dans un bain
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Refroidissement direct
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Dipole LHC
Bobinesupraconductrice en
bain LHe
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Refroidissement indirect
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Solenoide CMS
Tuyaux LHe
Bobinesupraconductice
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1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Brins et câbles
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Les supraconducteurs sont formés de brins multifilamentaires, où descentaines à milliers de filaments sont enrobés dans une matricestabilisante, twistés (5-50 mm ) pour assurer la stabilité en champvariable et champ propre.
←←←← Brin Atlas Cu/NbTi
Câble Rutherford pour ↓↓↓↓ le dipole LHC
conducteur ATLAS (Rutherford coextr. with pure Al) ↓↓↓↓
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Câble de Rutherford
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30
Exemple de conducteur pour détecteurs : CMS
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Conducteur ITER
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Conducteurs d’IRM-RMN
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Production des cables SC
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Décembre 2011 36
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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L’énergie des accélérateurs
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Décembre 2011 37
Un développement exponentieldepuis les années 50.
Toutes les machines construitesdepuis les années 80 utilisent desconducteurs supraconducteurs.
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38
Vue du LHC et de ses détecteurs
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Décembre 2011 38
LHC
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39
Supraconductivité et aimants d’accélérateurs
L’énergie du faisceau, le champ magnétique et le rayon de l’accélérateur sont liéssuivant la formule :
Ebeam = 0.3 * B * r (Gev, T, m)
Pour le LHC E = 7 000 Gev, B = 8.33 T, r = 2 800 m
La supraconductivité permet d’atteindre des valeurs importantes de champmagnétique et donc de réduire la taille et la consommation électrique desaccélérateurs.
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Décembre 2011 39
LHC actuel(aimants SC)
LHC à aimants résistifs
Champ magnétique8.3 T
(propriétés NbTi)
1.8 T
(fer)
Circonférence 27 km 125 km
Puissance des aimants 40 MW 900 MW
Densité de courant 400 A/mm2 10 A/mm2
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Décembre 2011 40
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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41
Principaux composants des quadrupoles LHC
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Décembre 2011 41
� Coupe transversale d’unquadrupôle LHC,
� le circuit magnétique comprenddeux ensembles frettés : une tellestructure est appelée 2 en 1 (lesfaisceaux circulant en sens inversedans chaque ouverture),
� les deux ouvertures ont undiamètre de 56 mm et unelongueur d’environ 3 m,
� les bobines sont destinées àfonctionner en hélium superfluideà une température de 1.9 K. Dansla dernière version, le courantnominal est d’environ 12000 Apour un gradient de 220 T/m.
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42
Fabrication industrielle
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Décembre 2011 42
Bobinage
Assemblage de la masse froide
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43
Tests-cryogéniques au CERN
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0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6 7not reached
Nu
mb
er
of C
ryo
-dip
ole
s
Number of quenches to reach 8.33T
01 02 03
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Quadripôles LHC
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Décembre 2011 44
Jonctions électriques
Lignes cryogéniques
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Décembre 2011 45
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
![Page 46: Ecole des Accélérateurs CNRS/IN2P3 –Benodet · PDF file8 Philippe Fazilleau Ecole des Accélérateurs CNRS/IN2P3 –Benodet Décembre 2011 8 Brève histoire de la supraconductivité](https://reader034.fdocuments.fr/reader034/viewer/2022051721/5a7b55ca7f8b9a72118bd06e/html5/thumbnails/46.jpg)
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Solénoïde CMS (Compact Muon Solenoid)
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Décembre 2011 46
Champ Magnétique Central 4.0 T
Champ « Maximum » 4.6 T
Ampères tours totaux 42-51 MAt
Courant nominal 19500 A
Énergie stockée 2.67 GJ
Longueur magnétique 12500 mm
Diamètre moyen du bobinage 6632 mm
Épaisseur du bobinage 262 mm
Épaisseur du cylindre support 50 mm
Masse froide totale 225 tonnes
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47
Energie de CMS
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Décembre 2011 47
Parmi les aimants de détecteur, CMS a à la fois :
� la plus large énergie stockée (2.6 GJ)
� la plus large densité d’énergie stockée
(11.6 kJ/kg)
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48
Solénoïde CMS
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Supraconducteur(32 brins)
Stabilisant thermique: Aluminium très haute
pureté: 99.998%
Renfort mécanique:Alliage d’aluminium6082 T5
Soudure par Faisceau d’électron
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49
Réalisation des modules (fin juin 2004)
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Décembre 2011 49
Polymérisation CB-1
Finition CB0
Bobinage CB+1
Réalisation cylindreCB+2
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50
Bobine prototype
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Décembre 2011 50
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51
Assemblage de la bobine en vertical
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Décembre 2011 51
1
2
3
45
Permet en particulier un couplage mécanique
précis
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52
Jonctions
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Retournement et insertion
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54
Descente de la bobine en caverne
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Début de la descente
Atterrissage en caverne ….10 h après
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Décembre 2011 55
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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56
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La Fusion thermonucléaire contrôlée
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57
La Fusion thermonucléaire contrôlée
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Point d’ignition, le plasma doit satisfaire trois conditions :
- Température (T) > 100-200 million de degré Celsius.
- Temps de confinement de l’énergie (t) > 1-2 seconds
- Densité (ne) > 2-3 x 1020 particules m-3
(approx. 1/1000 gram m-3)
Critère de Lawson :Le critère de Lawson présente lesconditions qu’il faut réaliser pour faires’entretenir la réaction de fusion D+T.
Ce maintien est assuré lorsquene * T * t > 5 x 1021 m-3.keV.s
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Paramètres importants
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Décembre 2011 58
PLH = 2.84 M-1 BT0.82 ne
0.58 R a0.81
(Puissance de fusion)
tE,th = 0.0562 Ip0.93 BT
0.15 P-0.69 ne0.41 M0.19 R1.97 e0.58 ka
0.78
(Temps de confinement du plasma)
Ra
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59
Machine de Fusion
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60
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Décembre 2011 60
Les progrès de la Fusion
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61
Principe d’une centrale à fusion
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Décembre 2011 61
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62
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Décembre 2011 62
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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63
ITER, dernière marche avant…
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Fusion : nécessité des supraconducteurs
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Q = Pfus/Pinj
Vplasma 80 m3
Pfusion ~ 16 MWtplasma ~ 30 sIplasma 5 MABToroïdal 3,5 TQ 0.002
JET (conv.)
Vplasma 25 m3
Pfusion ~ 0tplasma ~ 400 sIplasma 1.5 MABToroïdal 4.2 TQ 0
Tore Supra(partly SC)
Vplasma 837 m3
Pfusion ~ 500 MWtplasma ~ 400 – 1000 sIplasma 15 MABToroïdal 5.3 TQ 10
ITER (SC)
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ITER
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Central Solenoid
Nb3Sn, 6 modules
Toroidal Field CoilNb3Sn, 18, wedged
Major plasma radius 6.2 mPlasma Volume: 840 m3
Plasma Current: 15 MATypical Density: 1020 m-3
Typical Temperature: 20 keVFusion Power: 500 MW
Machine mass: 23350 t (cryostat + VV + magnets)- magnet systems: 10150 t; cryostat: 820 t
Cryostat24 m high x 28 m dia.
Vacuum Vessel9 sectors
Port Plugheating/current drive, test blanketslimiters/RHdiagnostics
Poloidal Field CoilNb-Ti, 6
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66
Paramètres du plasma d’ITER
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Décembre 2011 66
� Champ Magnétique Toroidal 5,3 T
� Puissance total de fusion 500 W
� Q > 10
� Temps de chauffage du plasma > 400 s
� Grand rayon plasma 6,2 m
� Petit rayon plasma 2 m
� Courant plasma 15 MA
� Volume de plasma 837 m3
� Puissance auxiliaire 73 MW
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Bobines toroïdales
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Décembre 2011 67
� Nombre de bobines 18 Nb3Sn
� Champ Magnétique Toroïdal 5 ,3 T
� Champ « Maximum » sur le conducteur 11,8 T
� Ampères tours totaux 164 MAt
� Courant nominal 68 000 A
� Énergie stockée 41 GJ
� Force de recentrage/bobine 403 MN
� Force verticale/bobine 408 MN
� Constante de décharge 11 s
� Poids 5362 tonnes
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Décembre 2011 68
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Aimants d’IRM et RMNSpectroscopie RMN pour les applications chimiques, biochimique et
pharmaceutiques,Imagerie IRM pour la médecine et la recherche médicale
µµµµ = γγγγ (h/2π)I ,
µµµµ moment magnétique , γγγγ le facteur gyromagnétique et I le spin
⇒⇒⇒⇒ 42.77 MHz/T pour le proton
La qualité du signal RMN est relié :
� Au niveau de champ magnétique : aujourd’hui le plus fort aimant deRMN atteint 1,1 GHz ⇔ 25,71 T à 2,2 K.
� A l’uniformité de champ : ∅5mm × H10mm volume :∆B/B0 ∼10-6 – 10-8
∆B/B0 ∼10-9 – 10-10 en spectroscopie haute résolution (0.1 Hz)
� A la stabilité (opération mode persistent): décroissance du champinférieur à 10-8/heure (10-9/h pour spectroscopie haute résolution)
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Décembre 2011 69
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Influence de la valeur du champ – IRM
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Décembre 2011 70
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Résolution spectrale - RMN
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Décembre 2011 71
Spectroscopie RMN 1H dans le cerveau humain :
2 Tesla :(Frahm et al.)
7 Tesla :(Tkac et al.)
4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 ppm
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Caractéristiques d’un système IRM La résonance du proton est utilisé.
Le diamètre utile est supérieur à 500 mm (-> 900 mm) pour permettre l’imageried’un corps entier ⇒ homogénéité de champ ∆B/B0 ≅ 10-4 – 10-6 sur un DSV de500 mm.
Pour produire une image des bobines additionnelles sont nécessaires pourproduire un gradient contrôlé d’environ 10-3 du champ principal. Ce bobinagede gradient doit être écranté pour éviter les courants induits dans le cryostat.
Un blindage actif ou passif est utilisé pour réduire le champ de fuite à 0.5 mT.
L’aimant est shimmé avec des pièces en acier doux et/ou des petites bobinesrésistives ou supra pour prendre en compte toutes les sources locales deperturbations magnétiques.
Consommation réduite d’He grâce à l’emploi de cryocooler: 80-100 cm3He/heure.
Conducteur: brins de Cu/NbTi fort diamètre, brins en goulottes cuivre.
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Décembre 2011 72
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L’IRM demain: vers les Très Hauts Champs
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Décembre 2011 73
Scanners IRM médicaux: 0,1-1,5 tesla
Scanners « recherche »: 3 – 5 tesla
Scanners « très haut champ » : 7 tesla et plus
1 tesla = 10 000 gauss – Champ magnétique terrestre à Paris = 0,5 gauss …
Aimant 1.5T (GE) du SHF/CEA
Aimant 3.0T (Bruker) du SHFJ
Aimant 9.4 T GE 600 mm (USA)
Repousser les limites physiques :
résolution spatiale, temporelle, spectrale
B0 11.7 T
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Philippe FazilleauEcole des Accélérateurs CNRS/IN2P3 – Benodet
Décembre 2011 74
1. Brève Histoire de la Supraconductivité
2. Conducteurs supraconducteurs�Stabilité et Protection
�Contraintes Mécaniques
�Cryogénie
�Exemples de conducteurs
3. Aimants d’accélérateurs et détecteurs : le LHC�Q-Pôles
�CMS
4. Aimants pour la fusion thermonucléaire�ITER
5. Aimants pour le médical�Neurospin
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Centre NEUROSPIN
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Décembre 2011 75
Maîtrise d’ouvrage : Direction des Sciencesdu Vivant (cea)
Projet 2002-2007Collaboration interne DSV - DSM/IRFU(conception aimants, gradients, antennes,gestion de projet) et CEA-Saclay (réalisationdu bâtiment)
Situé à Saint-Aubin sur le centre de Saclay
Environ 150 chercheurs à terme (50%permanents)
Centre européen avec accueil de groupeétrangers
Equipement de 4 Imageurs/SpectrographesR.M.N
Recherche clinique 3T 7 T 11,75TRecherche Pré-clinique 17 T
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76
ISEULT
Philippe FazilleauEcole des Accélérateurs CNRS/IN2P3 – Benodet
Décembre 2011 76
B0 11.75 T horizontal
Supraconducteur NbTi
Diamètre interne ≥ 90 cm
Dérive ≤ 0.05 ppm/h
Homogénéité
≤ 0.25 ppm/25 cm dsv
≤ 0.10 ppm/10 cm dsv
Champ de fuite axial/radial
5 G : 9.6 m / 5.1 m 1 G : 14.2 m / 8.8 m
ISEULT : un aimant produisant un champ de 11,75 Thomogène spatialement et stable dans le temps dansun diamètre de 900 mm.
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Paramètres principaux d’ISEULT
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Décembre 2011 77
Stored Energy 298 MJOperating current 1411 ACritical current on the load line 1534 ATemperature margin 1 KWinding volume (Cable + HeII + Spacers) 9.7 m3
Winding pack length 4.mWinding inner diameter 1.mWinding outer diameter 4.mCurrent density inside winding 28 A/mm²Estimated magnet weigth 150 tons
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Blindage actif et homogénéité
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Décembre 2011 78
1000G
100G
10G
5G