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Accueil du site > Aspects expérimentaux et techniques > Au delà de 100 T : Champs « Megagauss » > Champs Megagauss au LNCMI

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Champs Megagauss au LNCMI

Le générateur Megagauss du LNCMI a été conçu et réalisé à l’université de Humboldt à Berlin dans les années 90, avant d’être transféré à Toulouse en 2006. Il est constitué d’un banc de condensateurs modulaire de 200 kJ qui peut être chargé jusqu’à 60 kV. Son champ record est de 331 T, obtenu dans une BMS de 3 mm de diamètre.

Pour réaliser des expériences scientifiques, des champs entre 150 et 260 T avec une durée d’environ 6 μs peuvent être créés dans des BMSs ayant un diamètre de 8 à 15 mm. L’accès aux basses températures dépend du diamètre de la bobine : des expériences à température d’Hélium liquide demandent des bobines d’au moins 12 mm, capable de produire des champs de près de 190 T. Une bobine de 8 mm permet toujours des expériences à température d’Azote liquide pendant qu’elle produit des champs aux alentours de 260 T. En principe, des expériences peuvent être réalisées tous les demi-heures.

Performance, reproductibilité et conditions d’opération — informations pour utilisateurs

Les champs magnétiques quotidiennement disponibles au LNCMI sont listés ci-après ensemble avec plusieurs paramètres clés qui déterminent leur viabilité pour faire des expériences scientifiques. Des informations sur chaque colonne ainsi que des spécifications supplémentaires se trouvent plus bas.

Champ crête Durée d’impulsion Diamètre intérieur Température Risque de dégât
261 ± 4 T 5.6 ± 0.1 μs 8 mm 77 K 10 %
214 ± 3 T 6.3 ± 0.1 μs 10 mm 10 K 5 %
188 ± 2 T 6.4 ± 0.1 μs 12 mm 4.2 K 2 %
154 ± 2 T 6.4 ± 0.1 μs 15 mm 4.2 K < 1 %
114 ± 2 T 6.4 ± 0.1 μs 20 mm 4.2 K < 1 %

Champ crête : Les valeurs données correspondent à une tension de charge de 55 kV. Des fluctuations sont occasionnées par le mode d’opération du chargeur d’un côté et par des pertes au travers des liens résistifs ainsi que par décharge couronne d’autre côté. Une foi la tension de charge nominale soit atteint, le chargeur active et désactive un courent constant afin de stabiliser la tension à l’intérieurs de marges bien définis. Ce sont ces marges qui donnent lieu aux variations du champ crête. Lors des expériences, ceci représente rarement un handicap car le champ magnétique et toujours enregistré à l’aide d’une bobine captrice. Pour plus d’information sur la mesure du champ voir techniques expérimentales.

Durée d’impulsion : Le fait que la durée d’impulsion soit pratiquement indépendante du diamètre de la bobine représente une particularité du générateur du LNCMI, qui ne ressemble pas à un circuit oscillatoire simple. Cependant, la forme de l’impulsion change considérablement comme témoigne le graphe ci-dessous. Les fluctuations indiquées dans la liste ne représentent qu’une limite supérieure.

Diamètre intérieur : Le choix d’un diamètre adapté demande un compromis entre le champ crête et la possibilité de recevoir l’instrumentation expérimentale. Des bobines plus petites comportent aussi plus de risque de dégât. Pour plus d’information concernant l’espace disponible pour des expériences scientifiques voir techniques expérimentales.

Température : La température finale dépende du cryostat qui peut entre insérer dans la bobine. Tous les cryostats sont du type circulation.

Risque de dégât : Des dégâts peuvent être soit accidentel, soit systématique. Des dégâts accidentels sont principalement lies aux défauts d’isolation, qui provoquent des arcs électriques. Bien que à l’origine des dégâts considérables, ces arcs se produisent rarement. Des dégâts systématiques apparaissent quand à la foi le temps de monté et l’intensité de courent dépassent une limite critique et une partie du conducteur évapore avant que la bobine commence à se dilater. Dans ce cas, des vapeurs métalliques piégés dans le trou de la bobine détruisent la tube de protection autour du cryostat et parfois le cryostat même. Ce phénomène apparaît principalement dans des bobines plus petites soumises à des densités de courent plus importants ainsi que des temps de monté légèrement plus élevées.

Synchronisation et gigue : A cause de l’échelle de temps dans les microsecondes, le délai entre l’envoi d’un signal de déclenchement du pupitre et le vrai début de la décharge n’est plus négligeable dans un générateur Megagauss. La synchronisation entre l’impulsion du champ, des systèmes d’acquisition de données et d’autres équipements scientifiques est réalisée à l’aide d’un générateur de délai, qui produit une séquence des impulsions de déclenchement afin d’adresser chaque composant en fonction de son temps de réponse. Un paramètre important dans ce contexte est la gigue, qui caractérise les fluctuations du temps de réponse de ses composants. Le générateur du LNCMI est déclenché avec une gigue de moins de 5 ns, ce qui est largement suffisant pour des applications expérimentales.

Compatibilité électromagnétique : Des perturbations électromagnétiques sont principalement occasionnées par le signal de déclenchement qui provoque le développement des arcs dans les interrupteurs principaux du générateur. Ce signal consiste d’une impulsion de 60 kV avec un temps de monté de moins de 10 ns. Dans l’intérêt d’une protection générale des équipements et pour assurer la sécurité des personnes, le générateur est donc installé dans une cage Faraday. Afin d’assurer le meilleur blindage possible, l’ensemble des contrôles à distance et des liens de communication qui traversent cet écran, sont réalisés à l’aide fibres optiques et des tubes pneumatiques. Le secteur, de son côté, est sécurisé par un transformateur d’isolation et un filtre à l’entrée de la cage. De plus, des détecteurs et des systèmes d’acquisition sont alimentés par batterie et protèges par leur propre cage Faraday afin de minimiser leur exposition.

Temps de préparation : Typiquement 30 à 40 minutes sont nécessaires après chaque tir, afin de remplacer la BMS et pour démonter et remonter le cryostat et le porte-échantillon. Un délai supplémentaire peut être nécessaire pour le réglage des paramètres expérimentaux, comme, par exemple, la température ou l’alignement optique.

Sécurité : L’explosion d’une BMS donne lieu à des vitesses de particule bien au delà de ceux connus pour des projectiles accélères par des explosives. La bobine est donc installée dans une caisse pare-balle avec parois de 5 mm d’acier à l’extérieur, ainsi que des plaques absorbantes sur les surfaces les plus exposés à l’intérieur. Comme protection contre les accidents de haute tension, le générateur est aussi placé dans la cage Faraday, mentionnée ci-dessus.

Réalisation technique du générateur

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