À la fin du mois d’août, alors que l’été jouait les prolongations, un élément de la troupe de protection destinée au LHC à haute luminosité a été testé avec succès.
Ce dispositif, appelé TDIS (Target Dump Injection Segmented) est consacré à la protection des équipements du LHC, et il sera placé à proximité du point où les particules sont injectées dans la machine depuis le Supersynchrotron à protons (SPS). Développé en tant qu’amélioration des TDI (Target Dump Injection) actuels situés aux points 2 et 8 de l’accélérateur, le TDIS aura la capacité d’absorber une plus grande intensité, capacité qui sera nécessaire pour le LHC à haute luminosité.
Le dispositif, qui comprend deux mâchoires composées de plusieurs matériaux présentant des densités variables, joue le rôle d’un absorbeur destiné à la protection lors de l’injection. Une fois le faisceau de particules accéléré dans le SPS, il est dirigé par des aimants de déflexion rapide et des aimants à septums vers la ligne de transfert menant au LHC. S’il dévie de la trajectoire prévue, il sera intercepté par les mâchoires de l’absorbeur de faisceau, ce qui protégera les aimants cryogéniques et les expériences des dommages pouvant être causés par l’impact des particules. Une solide protection de la machine est donc cruciale, et le sera d’autant plus lorsque l’intensité aura augmenté avec le HL-LHC.
Quand le faisceau de protons passe à travers les deux mâchoires, il n’interagit normalement pas avec elles. Mais s’il dévie de sa trajectoire nominale, il touchera les mâchoires et produira alors une gerbe de particules secondaires à l’intérieur du matériau, qui causera un important dépôt d’énergie dans les matériaux composant le TDIS. C’est pour cette raison que les mâchoires du TDIS sont installées sur une armature faite d’un alliage spécial de molybdène, qui ne se déformera pas sous l’effet de la charge thermique.
Pendant l’été, le premier prototype de l’un des trois modules composant le TDIS a été testé auprès de l’installation HiRadMat. Le but de cette expérience, appelée « HRMT-45 », était de reproduire un dépôt d’énergie comparable à celui qu’entraînerait le scénario de défaillance le plus grave pour le faisceau du HL-LHC. « Comme il n’est pas encore possible de reproduire un faisceau du LHC à haute luminosité, l’équipe a produit un impact encore plus proche de l’armature pour imiter les futures charges possibles », explique Antonio Perillo-Marcone, chef de projet pour le TDIS dans le cadre du lot de travaux 14 pour le HL-LHC. Le test a commencé avec des faisceaux d’intensité faible, puis avec des faisceaux contenant jusqu’à 288 paquets de 1,20x1011 particules. Les matériaux qui ont été testés présentaient des densités variables, allant d’une densité faible, par exemple pour le graphite, à des densités plus élevées, comme pour les alliages de titane et de cuivre.
L’installation HiRadMat est unique au monde ; elle permet aux ingénieurs de tester l’impact immédiat d’un niveau élevé de rayonnement instantané sur différents matériaux. Cette installation de test est utilisée pour réaliser des expériences uniques sur des assemblages, principalement des dispositifs servant à intercepter le faisceau tels que des fenêtres d’isolation, des collimateurs, ou n’importe quel élément servant à intercepter le faisceau à l’intérieur de l’accélérateur. Elle a été conçue pour observer les chocs thermiques qui ont lieu quelques microsecondes après l’impact du faisceau, au moment où la température peut augmenter de plusieurs milliers de degrés et créer des expansions thermique non homogènes ; celles-ci peuvent créer une onde de contrainte qui va alors traverser le matériau.
Le TDIS est développé dans le cadre du lot de travaux 14 du projet HL-LHC, « transfert de faisceau et aimants de déflexion rapide » (Beam Transfer & Kickers), dirigé par Chiara Bracco. Ce dispositif, qui permettra au HL-LHC de supporter les futurs faisceaux, sera installé pendant le deuxième long arrêt ; il sera parmi les premiers composants en place pour l’amélioration de la machine LHC.