Difficultés matérielles et technologies envisagées

Des difficultés matérielles majeures et mineures ont été rencontrées sur l’ensemble du diagnostic. Cette partie décrit ces difficultés et les solutions techniques envisagées pour les pallier.

1.

Poivrier

Les difficultés de réalisation du poivrier sont majoritairement dues aux nombre limité de technologies possibles pour le réaliser suivant les spécifications du cahier des charges. Certaines techniques ne sont pas encore totalement maitrisées vis-à-vis de la demande très spécifique. De plus les reprises successives (voir Figure 93) pour réhabiliter le poivrier ont engendré d’autres difficultés imprévues et entrainé de nombreuses modifications sur le fonctionnement du système.

Figure 93 : Exemples de reprises nécessaires au fonctionnement du poivrier

En dehors des vérifications d’étanchéité du poivrier à chaque modifications, plusieurs étapes ont été nécessaires pour l’utiliser. A savoir :

 un redressage mécanique de 5 mm de l’ensemble,

 la soudure du tuyaux provisoires d’entrée et sortie du circuit de refroidissement,  un surfaçage grossier pour assurer la planéitée,

 le perçage des collecteurs latéraux du circuit d’eau pour garantir l’emplacement des canaux et permettre la réalisation des surfaces de référence,

 un surfaçage précis du tungstène pour permettre le perçage des trous échantillonneurs,  la fermeture des perçages de vérifications des collecteurs

 et enfin la soudure des tuyaux définitifs.

Depuis la réalisation du poivrier, le laboratoire ayant réalisé l’assemblage par CIC a prouvé la faisabilité de blocs échantillonneurs refroidis similaires par la réalisation des fentes pour les émittancemètres Allison scanner du projet ESS [52]. L’erreur de spécification sur la profondeur des soudures du circuit de refroidissement à l’origine du problème a été étudiée et corrigée. La profondeur nécessaire à un circuit intérieur en inox doit être supérieur à 0,6 mm.

En revanche, la trop grande difficulté de perçage des trous échantillonneurs a poussé l’entreprise AcalBFI à ne pas renouveler le marché. Les difficultés de perçage du tungstène avec cette précision sont avérées et nécessitent une autre technologie. Pour la réalisation d’un second poivrier, nous avons envisagés deux solutions : réaliser les mêmes dimensions de perçage par électroérosion ou modifier le cahier des charges et envisager des trous de plus

grandes dimensions. La première solution est beaucoup plus onéreuse tandis que la seconde impliquerait une modification du dimensionnement du poivrier. Les trous devraient être plus espacés pour éviter le recouvrement des taches et par conséquent moins nombreux. De plus, durant la mesure, la distance correspondante à l’entraxe des trous doit pouvoir être balayée par la motorisation. Le système de déplacement actuel permet de balayer 20 mm horizontalement. En négociant des marges de sécurité, il faut considérer une limite d’entraxe à 14 mm. Enfin l’augmentation potentielle du diamètre des trous impliquerait que la puissance moyenne reçue par le scintillateur augmenterait. Actuellement, la puissance est de 1 kW déposé sur 12 cm² suivant une distribution gaussienne donc le scintillateur reçoit au maximum 0,05 W pour 9 trous. Avec l’entraxe actuel de 7 mm le nombre maximum de trous est de 121. Une augmentation du diamètre des trous à 140 µm augmenterait l’entraxe à 14mm et diviserait le nombre de trous possibles par 4 et multiplierait la puissance par trou par 4 également pour les mêmes caractéristiques faisceau. En imaginant un faisceau de 100 mm de diamètre qui engloberait tous les trous (36 dans une bonne répartition sur le poivrier) à ±3σ, la puissance totale reçue par le scintillateur ne dépasserait pas 0,04 W.

Pour la réalisation d’un nouveau poivrier, plusieurs choix s’offrent à nous : réaliser exactement le même système redimensionné ou envisager un autre montage avec des techniques maitrisées. La CIC, au-delà de son aspect coûteux, reste une technique de pointe encore peu maitrisée dans des cas spécifiques et donc potentiellement risquée. La possibilité de réaliser un autre type d’assemblage ou de montage permettrait d’éliminer ce risque mais influencerait la thermique du système complet.

2.

Scintillateur

Durant les tests, plusieurs scintillateurs P46 ont été endommagés. Comme certaines zones du scintillateur sont plus exposées, la dégradation du signal lumineux était hétérogène. Par conséquent, la possibilité de pondérer les résultats par rapport à leur taux d’exposition au faisceau est difficilement envisageable. Ce problème est plus important à basse énergie car l’énergie et donc la puissance de faisceau sont déposées dans les première couches du matériau. Une solution partielle serait d’irradier uniformément le scintillateur avant les tests à basse énergie. Ainsi le P46 atteindrait une réponse lumineuse moindre mais plus stable (voir III.B.3).

De surcroît, il serait nécessaire de réaliser une qualification totale du scintillateur P46. Il faudrait mener une étude complémentaire pour déterminer à la fois sa réponse lumineuse initiale et sa dégradation en fonction de l’énergie et de l’intensité du faisceau. Ainsi, il serait possible d’ajuster au mieux les paramètres de la caméra et de choisir le filtre le plus adapté avant la mise en faisceau du diagnostic. Pour réaliser la caractérisation complète du scintillateur, il faudrait accéder à un banc de test sur un ou plusieurs injecteurs à énergie et intensité variables.

En outre, à cause de son emplacement, l’accès au scintillateur est limité lors des phases de mesures. La dégradation de celui-ci est un frein durant les mesures. Il faudrait envisager la possibilité de remplacer complètement le scintillateur par un autre système. Pour cela, il faudrait un détecteur 2D avec la même résolution. Actuellement la résolution est de 4 Mpx sur 1.10-2 _{m². Cependant il existe peu de systèmes de cette résolution capables de supporter la} densité de puissance maximale au centre du faisceau de 4 W/mm² (voir Annexes.A.4.).

3.

Caméra

De la même manière que le scintillateur, l’accès à la caméra est très limité. Durant les phases de calibrations, son réglage est difficile. Ainsi, un seul réglage physique de la caméra (diaphragme et objectif) est possible lors des tests.

Cette difficulté repose sur l’emplacement de la caméra. En effet la chambre caméra étant interne à la chambre diagnostic, plusieurs problématiques en découlent :

 L’accès est limité pour tous les réglages physiques

 Le démontage est complexe car l’ensemble poivrier-scintillateur est fixé directement sur le hublot de la chambre caméra.

 La température au sein de la chambre caméra a tendance à augmenter car la caméra ne dispose pas d’assez d’espace pour refroidir et le seul accès de la pression atmosphérique se fait par le tuyau pour sa connectique.

 L’espace de la chambre caméra est trop restreint pour envisager des systèmes tels que l’autofocus ou le diaphragme contrôlé à distance.

Toutes ces observations, permettent d’affirmer que la disposition de la caméra, au premier abords, était la meilleure pour améliorer la qualité de la mesure du diagnostic mais que d’un point de vue technique, elle a engendré de trop grande difficultés. Dans le cas d’un changement total d’architecture, il faudrait envisager un jeu de miroir pour utiliser une caméra extérieure similaire aux système d’émittancemètres 4D plus standards. Cependant il faudrait également traiter l’ensemble de la chambre diagnostic antireflet pour obtenir des mesures avec un niveau de bruit limité.