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Des structures PIMS dernier cri

Les structures en mode pi (PIMS) du Linac 4 sont les premières structures du genre à accélérer des protons

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The very model of a modern pi-mode structure

La nouvelle cavité PIMS tout juste assemblée en cours d'essai dans l’atelier principal du CERN (Image: CERN)

Dernières structures accélératrices du Linac4, situées à une distance allant de 53 m à 74 m en aval de la source, les toutes nouvelles cavités PIMS accéléreront des protons de 100 à 160 MeV. Si la première cavité a été entièrement construite au CERN, la construction des autres cavités a fait l’objet d’une collaboration de plus grande envergure, dans plusieurs pays. La cavité PIMS dernier cri sera assemblée et validée dans l’atelier principal du CERN. Construite en collaboration avec le Centre national polonais de recherche nucléaire (NCBJ, Pologne) et le Centre de recherche Jülich (Allemagne), il s’agit de la première du genre à être produite à l’extérieur de l’Organisation.

Partager tout le savoir-faire nécessaire avec les centres extérieurs n’a pas été une mince affaire. Afin d’assurer une construction en bonne et due forme de ces modules délicats, les membres de l’atelier du CERN et l’équipe chargée des structures accélératrices du Linac4 ont tenu régulièrement des réunions en Pologne et au CERN, afin d’apporter leur appui. « Lors des téléconférences hebdomadaires, on fait le point des progrès réalisés, on échange des informations et on trouve ensemble des solutions aux problèmes rencontrés, explique Rolf Wegner, membre de l’équipe chargée des structures PIMS du Linac4, qui est également à l'origine de la conception RF des cavités. Aujourd’hui, la plupart des pièces sont couramment usinées jusqu’à la phase finale. »

L’Institut polonais NCBJ a réalisé d’importants progrès en vue de se conformer aux exigeantes spécifications. La recherche de partenaires industriels en Pologne pour l’usinage des pièces n’ayant pas abouti, seul l'Institut NCBJ a été en mesure d'élaborer des méthodes de production permettant d’atteindre des tolérances avec une précision de plus ou moins 10 microns sur un diamètre de 540 mm.

On détermine le champ électromagnétique à l’intérieur de la cavité en mesurant les réflexions créées par un cordon conducteur.

Les cavités arrivent une à une de Pologne. Il faut environ six mois pour former et tester une cavité PIMS avant de pouvoir l'installer dans le Linac4. Chaque cavité comprend sept cellules couplées. Afin d’économiser du cuivre, on forme les cellules en soudant ensemble huit disques et sept anneaux, chacun de 0,5 m de diamètre. On obtient ainsi 15 éléments par cavité.

Après avoir subi des contrôles métrologiques, les 15 éléments sont empilés pour former une cavité complète, puis on détermine les paramètres RF. Les disques sont ensuite usinés à nouveau sur des sections spéciales, appelées « îles de réglage » (tuning islands), de manière à ajuster la fréquence. Une fois la fréquence vérifiée, les 15 éléments font l'objet d'un traitement de surface pour le vide et sont assemblés au moyen d’un soudage par faisceau d’électrons. Les derniers ajustements RF et tests de vide sont réalisés avant que la cavité puisse être connectée et testée à haute puissance. Une collaboration entre des équipes CERN très diverses est essentielle pour que ces activités puissent être menées à bien.