Heatwave warning for the LHC
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Engineers have been able to start warming up the first sectors of the LHC where the tests on the superconductor circuits have been completed. Raising the temperature from 1.9 K to 300 K is a remarkable but delicate process.
The first update on LS1, published in the previous edition of the Bulletin, announced the start of the Electrical Quality Assurance (ElQA) tests on the LHC magnets. These tests began on 22 February and have already been completed in two Sectors: “The integrity of the magnets’ electrical insulation has been fully verified in sectors 4-5 and 5-6,” reports Mirko Pojer, Engineer in Charge of the LHC. “This is vital in order for the magnets to function properly at the nominal current, which we should reach in 2015. The ElQA team has also run other tests, in particular to verify the electrical insulation between the coils. Fortunately, we have not detected any major problems so far.”
The ElQA tests have been carried out at 1.9 K because that is the usual operating temperature of the LHC, but once the tests have been completed, things turn tropical! The temperature of the accelerator is gradually increased until it reaches ambient temperature. “The machine is heated up in three phases,” explains Serge Claudet, leader of the Cryogenics Operation for Accelerators Section. “First, the liquid helium that the magnets are bathed in is emptied; that's around 15 tonnes of helium for each sector. Then we start the first warming-up phase; the temperature increases from just a few kelvin to an average of 150 K. At this stage, the vacuum team begins the first series of leak tests. Then comes the final warming-up phase, which brings the magnets to ambient temperature.” In order to do this, a small quantity of the extracted helium is re-injected into the cryogenic circuit in the form of ‘hot’ gas. Given that the magnets are so well insulated, it is much more effective to warm them up from the inside. Finally, to speed up the process, the insulation vacuum is steadily reduced. All in all, it takes a total of about four weeks to completely warm a sector up.
During normal operation, the cryogenic circuits of the LHC contain some 135 tonnes of helium (plus another 15 tonnes in reserve). By contractual arrangement, 100 of these 135 tonnes will be temporarily returned to the supplier, who will then give the helium back to CERN in spring 2014. The fact of the matter is that with maintenance on the large refrigeration installations to be carried out during LS1, CERN will not have the capacity to keep such a large amount of helium.
With one sector being emptied each week, the entire machine should finally be at ambient temperature by the end of May, at which point the Cryogenics Group will begin the maintenance phase. For the time being, the warming-up of the magnets in the first sector (5-6) is well under way, and has just started in sector 4-5. When they have reached the desired temperature, the magnets will undergo another series of electrical tests and vacuum insulation tests, as well as the “ball test”. Keep an eye on the Bulletin to find out how they "bounce back" from the tests...
Other (French)
Les tests sur les circuits supraconducteurs ayant touché à leur fin dans les premiers secteurs du LHC, ces derniers ont pu commencer à être réchauffés. De 1,9 K à 300 K, la hausse des températures est aussi spectaculaire que délicate.
La première chronique du LS1, publiée dans le précédent numéro du Bulletin, annonçait le début des tests d’assurance qualité électrique des aimants du LHC (appelés tests ElQA, pour Electrical Quality Assurance). Lancés le 22 février dernier, ceux-ci ont déjà pris fin dans deux secteurs : « L’intégrité de l’isolation électrique des aimants a été entièrement vérifiée dans les secteurs 4-5 et 5-6, rapporte Mirko Pojer, ingénieur LHC. Celle-ci est primordiale pour le bon fonctionnement des aimants à la valeur de courant nominale, laquelle devrait être atteinte en 2015. L’équipe ElQA a également fait d’autres tests, notamment pour vérifier l’isolation électrique entre les spires. Heureusement, jusqu’ici, nous n’avons détecté aucun problème majeur. »
Le LHC opérant majoritairement à 1,9 K, c’est à cette température que les tests ElQA sont effectués. Mais une fois ceux-ci achevés, l’ambiance vire tropicale ! La température de l’accélérateur est en effet progressivement augmentée, jusqu’à atteindre la température ambiante. « Le réchauffement de la machine s’opère en trois phases, explique Serge Claudet, responsable de l'équipe d’exploitation de la cryogénie pour le LHC. En premier lieu, l’hélium liquide qui baigne les aimants est vidangé ; par secteur, cela représente environ 15 tonnes d’hélium. Nous procédons ensuite à une première phase de réchauffement ; la température passe alors de quelques kelvins à 150 K en moyenne. À ce stade, l’équipe du Vide procède à une première série de tests de fuites. Vient ensuite la phase de réchauffement finale, à l’issue de laquelle les aimants atteignent la température ambiante. » Pour ce faire, une petite partie de l’hélium vidangé est réinjectée dans le circuit de cryogénie sous forme de gaz « chaud ». Les aimants étant en effet extrêmement bien isolés, il est beaucoup plus efficace de les réchauffer de l’intérieur. Enfin, pour accélérer le processus, le vide d’isolation est dégradé de manière contrôlée. Au total, environ 4 semaines sont finalement nécessaires au réchauffement complet d’un secteur.
En mode d’exploitation normal, les circuits cryogéniques du LHC contiennent quelque 135 tonnes d’hélium (plus 15 tonnes de réserve). Sur ces 135 tonnes, 100 tonnes seront temporairement remises sur le marché. Elles seront récupérées au printemps 2014, selon les modalités contractuelles avec les fournisseurs. En effet, la maintenance des grosses installations de réfrigération devant être effectuée pendant le LS1, le CERN n’aura pas la capacité de garder une telle quantité d’hélium.
Finalement, à raison d’une vidange par semaine, toute la machine devrait être à température ambiante d’ici à la fin du mois de mai. L’équipe Cryogénie entrera alors dans la phase de maintenance. Pour l’heure, le réchauffement des aimants du premier secteur (5-6) est en bonne marche ; il vient par ailleurs juste de débuter dans le secetur 4-5. Une fois « à point », les aimants subiront une nouvelle série de tests électriques et d’isolation du vide, ainsi que le test dit « de la balle ». Restez connectés, les prochains articles s’annoncent pleins… de rebondissements.
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- 1526915
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- BUL-NA-2013-054
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