Marges de fonctionnement

En comparant la droite de charge à l’ajustement du courant critique du conducteur, on peut déterminer les marges de fonctionnement du solénoïde cf Figure IV-3 et Tableau IV-2. Le premier point important est la marge en température très important de 6 K ce qui veut dire que le solénoïde arriverait en théorie à fonctionner au nominal (100 A pour 1,4T) mais à 16 K et non à 10 K.

On voit donc là, l’un des intérêts à l’utilisation d’un conducteur MTC (pour Température Moyenne Critique), comme les HTc, qui offre une marge en température importante comparativement au BTc

où l’on prend habituellement 1 à 2 K pour la marge en température. La conséquence directe de cette marge en température c’est que le refroidissement n’a pas besoin en théorie d’être parfait et que l’on peut accepter quelques Kelvins de gradient dans le bobinage.

Figure IV-3 : Représentation graphique des différentes marges de fonctionnement du solénoïde.

L’autre point important est la marge sur la droite de charge qui compare le courant critique du solénoïde au courant nominal. Ainsi, en prolongeant la droite de charge, on trouve un courant critique à 10 K de 136 A pour un champ magnétique de 1,9+3 T. Dans notre cas, nous somme à 73,5%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Courant cr iti qu e (A ) Champ magntique (T) 10 K Ajustement 16 K Ajustement Droite de charge Marge en température Marge en courant

Marge sur la droite de charge

de la droite de charge. A noter que 73,5 % est une valeur raisonnable pour une première maquette car généralement on design les aimants supraconducteurs à 70 % de la droite de charge pour les grands détecteurs et 80 % pour les aimants de série d’accélérateurs....

Marge en température (B et I fixe) 6 K Marge en courant (B et T fixe) 75 A Marge en champ magnétique (T et I fixe) 1,2 T Courant critique (sur la droite de charge) 136 A

Marge sur la droite de charge 73,5 %

Tableau IV-2 : Marges de fonctionnement du solénoïde 1 T. IV.2.4 Description de l’outillage du solénoïde 1 T

Pour faciliter la description du design thermique et mécanique du solénoïde 1 T, il est préférable d’avoir à l’esprit le design de l’outillage. Pour cette raison, je présente, en premier, l’outillage tel qu’il a été conçu et fabriqué avant de rentrer plus en détail dans les calculs qui ont amenés à ce design.

Le design du solénoïde 1 T est directement issu de celui du mandrin de courant critique car ce dernier a démontré sa pertinence, que ce soit d’un point de vue thermique et mécanique. L’outillage du solénoïde, cf. Figure IV-4, est principalement composé de trois éléments:

 Un mandrin de bobinage bi matériaux cuivre/Ti6Al4V sur lequel ont été soudés le flasque inférieur et la couronne intérieure (aussi appelée borne) cette dernière permettant de se connecter à des bus thermoélectriques l’insert froid,

 Une couronne intermédiaire en G10 qui permet d’isoler la borne – de la borne +, cf. Figure IV-5a,

 Une couronne extérieure en cuivre (aussi appelée borne +) qui permet de se connecter à l’autre bus thermoélectriques de l’insert froid, cf. Figure IV-5b.

A noter que les trois couronnes, intérieure, intermédiaire et externe, forment ce que l’on appelle le flasque supérieur du bobinage.

On retrouve donc un mandrin de conception proche de celui du mandrin de test avec un mélange de Ti6Al4V (alliage de titane) et de cuivre. Les languettes de cuivre étant là pour assurer un refroidissement homogène du bobinage et du mandrin, nous avons fait le choix de les braser à haute température avec le mandrin en titane. Ce choix est l’application directe du retour d’expérience du premier insert qui a montré l’importance de prendre en compte les résistances de contact. De même, les différents éléments en cuivre d’une même polarité ont été brasés à l’aide d’une brasure forte (identique à celle du contact thermique AlN) en particulier pour les plages de connexion avec l’insert froid.

L’isolation masse du bobinage est assurée par du Mylar (50 µm d’épaisseur). La hauteur réelle du bobinage ne sera probablement pas à la cote théorique car cette dernière ne prend pas en compte la problématique du saut de couche. Un jeu a été conservé à cet effet, de 4,7 mm (si les conducteurs sont correctement compactés), qu’il est prévu de combler avec une calle en G10 faite à façon après le bobinage.

La protection du solénoïde, § IV.3.4, est assurée par deux diodes froides de 600 A installées tête bèche entre les deux plages de raccordement avec l’insert froid. Malgré l’espace important octroyé par l’insert froid, nous sommes quand même relativement contraints du point de vue de l’encombrement avec les tirants de support et les diodes froides. C’est pour cette raison que les

plages de connexion avec l’insert froid ont été décalées vers le haut. Comme pour le mandrin de test, un contact indium sera utilisé entre les plages de raccordement du mandrin et les feuillards de l’insert froid.

Figure IV-4 : Vue CAO du mandrin du solénoïde 1 T ainsi que des tirants de support et des diodes de protection, la flèche bleu représente le sens de bobinage.

Figure IV-5 : a) Vue du mandrin, de la plage de connexion au drain thermoélectrique de l’insert froid pour la borne - et de la couronne d’isolation en G10 entre les bornes du solénoïde 1 T, b) Vue du mandrin complet du solénoïde 1 T et

notamment des deux plages de connexion aux drains thermoélectriques de l’insert froid.

Mandrin bi-matériaux cuivre/titane Flasque inférieur Carré d’adaptation entre

les tirants du solénoïde et de l’insert froid

Vis de poussée pour brasure Borne + Borne - Butée de déplacement Diode de protection

600 A froide _{Pion de centrage}