Une nouvelle boîte froide vient de faire son arrivée dans le hall de test des aimants supraconducteurs SM18. N’imaginez pas une simple boîte comme son nom pourrait le laisser penser. Les boîtes froides du CERN sont d’énormes dispositifs, des réfrigérateurs géants en quelque sorte.

Cette boîte froide est un élément essentiel pour renforcer l’infrastructure de test des aimants supraconducteurs et des cavités radiofréquence supraconductrices. Pour répondre aux besoins du projet LHC à haute luminosité (HL-LHC), une importante campagne de rénovation et d’amélioration a été entamée depuis deux ans sur toute la zone du SM18.

Le LHC à haute luminosité utilisera en effet de nouveaux aimants supraconducteurs et des cavités-crabe. Le développement de ces nouveaux composants nécessite de mener de nombreux tests en parallèle. « Cette rénovation permettra une amélioration très nette de la capacité de test », explique Antonio Perin, responsable du projet d’amélioration cryogénique du SM18.

La principale amélioration consiste en l’installation d’un nouveau liquéfacteur d’hélium constitué de deux composants : un compresseur à deux étages pesant presque 40 tonnes et une boîte froide de près de 30 tonnes. Ce nouvel ensemble va augmenter de manière considérable la production d’hélium liquide dans le hall. « Ces machines permettront de plus que doubler la production d’hélium liquide. La capacité de liquéfaction va passer de 25 à 60 grammes par seconde d’hélium liquide », se félicite Antonio Perin.

Le refroidissement de l’hélium et son passage à l’état liquide se fait en deux temps. L’hélium gazeux est d’abord comprimé. La chaleur produite par la compression est évacuée par des circuits d’eau vers des tours de refroidissement ayant elles-mêmes fait l’objet d’une rénovation majeure. L’hélium comprimé est ensuite conduit vers une boîte froide. Ce système, composé de turbines et d’échangeurs de chaleur, détend l’hélium à 1,6 bar, ce qui le fait refroidir à 4,5 kelvins (-268C°).

La nouvelle boîte froide pourra produire 35 grammes d’hélium liquide par seconde, soit 1 100 litres par heure ! Pour générer ce flot d’hélium, il faut comprimer, jusqu’à 18 bar, près de 350 g d’hélium gazeux par seconde, ce qui requiert une puissance d’environ 1,5 MW.

Durant l’été, l’équipe et le fournisseur de l’installation réaliseront les connexions des multiples tuyauteries et l’installation de tous les câbles électriques. La première mise en service de l’installation est prévue en septembre afin d’effectuer des essais de performance dans le courant de l’automne. Le raccordement de l’installation à l’infrastructure de SM18 et la mise en production interviendront entre la fin 2019 et le début 2020.

« Cette nouvelle installation cryogénique permettra d’augmenter encore les performances de notre installation. SM18 abrite une infrastructure remarquable, unique au monde, et qui rend possible la réalisation du programme d’essais pour le LHC à haute luminosité », conclut Antonio Perin.