mÈÈË
L E SYNCHROTRON A PROTONS D E 25 GeV DU CERN
Description technique
Cette description technique du syn- chrotron à protons du CERN traite de l'aimant, de la haute fréquence d'accé- lération, de Vinjection des particules, de Valimentation en énergie électrique et des problèmes d'implatation. Elle four- nira aux intéressés quelques détails sur les problèmes posés par la construction de grands accélérateurs du type synchro- tron à protons.
L'électro-aimant
L'électro-aimant du S P du C E R N est constitué par une structure annulaire de 200 m de diamètre, comprenant 100 uni- tés magnétiques, chacune d'elles étant c o m p o s é e d'un demi-secteur focalisant et d'un demi-secteur défocalisant, assemblés d'une manière rigide. Des espaces sans champ sont intercalés entre les unités (Fig. 3 ) . Chaque demi-unité est compo- sée de 5 aimants adjacents de 42 cm de long, appelés blocs. L e b l o c est une structure en C de f o r m e ouverte ou fer- mée (Fig. 1-2). P o u r faciliter la construc- tion, les blocs sont rectilignes et des es- paces d'air en forme de coin sont prévus entre deux blocs consécutifs. Les unités magnétiques (voir p. 13) reposent sur un chassis en acier prenant appui, à l'aide d'un système de vérins, sur une poutre de béton armé. Celle-ci repose à son tour sur des piliers enfoncés dans la roche sous-jacente au terrain (Fig. 4 ) .
Dès le début du projet, les travaux ont été orientés vers la production de champs linéaires. T h é o r i q u e m e n t , un tel c h a m p peut être obtenu à l'aide de pièces po- laires hyperboliques et d'un p ô l e neutre.
En fait, pour des raisons de construction, le p ô l e neutre a été supprimé, mais le contour h y p e r b o l i q u e a été maintenu dans la région centrale des pièces po- laires et l'on s'est efforcé de maintenir le champ linéaire dans un d o m a i n e aussi grand que possible en retouchant la ré- gion marginale des cornes polaires. Ces travaux ont été effectués sur une série de m o d è l e s dont la plupart avaient une
(D
par E. Regenstreif Division SP
section aux dimensions réelles mais une longueur réduite.
A l o r s que le rôle du champ rémanent est négligeable aux champs m o y e n s et forts, il présente un p r o b l è m e des plus sérieux au champs faibles voisins de l'injection, o ù sa contribution est très importante. 11 est en effet b e a u c o u p plus difficile de contrôler et de reproduire le champ rémanent que d'assurer l'uni- formité du champ produit par le courant d'excitation. P o u r le fonctionnement sa- tisfaisant du synchrotron, il est essentiel que le champ magnétique aux points h o m o l o g u e s des unités magnétiques soit le m ê m e au m i l l i è m e près. Dans le cas de Faimant du SP du C E R N , un défaut dans le champ de guidage de 1 m i l l i è m e d'un b l o c à l'autre, correspond à l'injec- tion à une tolérance dans le champ cœr- citif d'environ 0,1 œrsted. Cette condi- tion est extrêmement sévère p o u r une masse de fer de 4000 tonnes environ ; elle a m i s en évidence la nécessité im- périeuse de mettre au point des méthodes spéciales p o u r la fabrication et le mon- tage de l'électro-aimant, de manière à rendre celui-ci indépendant des non-uni- formités inévitables dans l'approvision- nement en acier.
L e champ magnétique dans l'entrefer dépend non seulement de la configura- tion géométrique de l'aimant et des pro- priétés magnétiques de l'acier, mais éga- lement du taux de montée du c h a m p . Les études effectuées sur des m o d è l e s ont montré que pour éviter des distorsions de champ dues aux courants de Foucault dans les tôles de l'aimant, l'épaisseur de celles-ci ne doit pas dépasser 2 m m ; en fait, on a choisi pour la machine du C E R N des tôles d'une épaisseur de 1,5 m m .
Les champs de fuite aux bords des
Fig. 1-2 :
Electro-aimant du SP du CERN. En (1), un bloc du type « ouvert » ; en (2), un bloc « fermé ».
L'indice (3) montre l'orbite d ' é q u i l i b r e . L'in- dice (4), l'espace réservé aux enroulements, visibles en coupe sur la figure 2, dans un bloc du type « ouvert ».
unités, les champs de transition entre les secteurs focalisants et défocalisants et les jonctions entre blocs, provoquent d'autres distorsions dont il convient de tenir c o m p t e dans le calcul des orbites et l'établissement des paramètres de la machine.
Enfin, le « vieillissement magnétique » , c'est-à-dire les changements qui intervien- nent dans les propriétés magnétiques de l'acier en fonction du temps, peut affec- ter sensiblement le fonctionnement de l'aimant et c o m p l i q u e r une situation déjà délicate.
Fabrication de l'aimant
M ê m e en surveillant soigneusement la fourniture de l'acier, il ne serait pas possible de construire un aimant répon- dant aux conditions très sévères d'uni- formité et d'homogénéité imposées par le principe de la focalisation alternée. L e p r o b l è m e de l'élimination des effects des fluctuations dans les propriétés magné- tiques revêt donc une importance capi- tale. D e u x méthodes peuvent être envi- sagées à cet égard. Premièrement, on peut tenir compte des caractéristiques magnétiques effectives mesurées sur les blocs finis et essayer de déterminer le m e i l l e u r arrangement possible p o u r les blocs lors de l'érection de l'aimant.
D e u x i è m e m e n t , on peut diriger la fabri- cation de manière à incorporer à cha- que b l o c des tôles provenant de chaque lot d'acier et diminuer ainsi les fluctua- tions des propriétés moyennes d'un bloc à l'autre. L a deuxième m é t h o d e s'est ré- vélée très efficace, de sorte que la pre- m i è r e a été très peu utilisée.
L e matériel de base choisi est de l'acier à f a i b l e teneur en carbone, ana- l o g u e à celui que l'on utilise pour la fa- brication des carrosseries d'automobiles.
O n a apporté un soin tout particulier à l'usine au contrôle de la composition c h i m i q u e de l'acier et à la sélection des meilleurs lingots. Les lingots ont alors été laminés à chaud de la m ê m e manière que l'acier utilisé pour les carrosseries de voitures, puis l'acier a été soumis à une réduction à froid soigneusement con- trôlée. Les rubans ont ensuite été coupés en plaques de 1 m2 environ, qui ont été empilées et transportées dans un four à recuire spécial. A p r è s avoir été huilées, les tôles ont été empaquetées et envoyées au fabriquant de blocs. Dans un maga- sin réservé spécialement à cet usage dans
l'usine du fabricant, les paquets ont été empilés de manière que les variations du c h a m p cœrcitif d'un paquet à l'autre soi- ent nettement inférieures à + 0,1 œrsted b i e n qu'elles puissent être supérieures d'une pile à l'autre. L e n o m b r e de piles était le m ê m e que le n o m b r e de plaques constituant chacun des blocs. U n e fois le magasin r e m p l i , chaque b l o c a été assem- blé en prélevant la tôle supérieure de chaque pile, en estampant chaque tôle dans l'ordre du prélèvement, en posant une couche de papier isolant sur chaque tôle et en les collant à l'araldite. Etant donné que chaque b l o c contient 264 tôles, soit une en provenance de chaque pile, les variations du champ cœrcitif entre les blocs sont 1/264 fois plus petites que la variation m a x i m u m du c h a m p cœrcitif dans chaque pile.
Grâce à l'utilisation d'un appareillage de mesure très précis — constitué d'une machine d e m e s u r e des blocs et d'une machine de mesure des unités — spéciale- m e n t mis au point p o u r vérifier les pro- priétés magnétiques de l'acier, on a cons-
taté qu'aux champs de 3000 gauss l'écart quadratique m o y e n entre le c h a m p mesuré le long de l'axe des blocs et le champ m o y e n mesuré le long de l'axe du b l o c de référence, est de 2 x 1 0 '4. A u x champs d'injection (147 gauss), l'é- cart correspondant est de 5 x 10"4, ré- sultat extrêmement satisfaisant.
Enroulements d'excitation
C h a q u e unité m a g n é t i q u e est m u n i e de deux bobines, l'une enroulée autour de la pièce polaire supérieure et l'autre placée sur la pièce polaire inférieure.
La b o b i n e est c o m p o s é e de deux ga- lettes (Fig. 2 ) , chacune d'elles conte- nant 5 tours de conducteur d'aluminium de 55 x 38 m m , percé d'un trou de 12 m m de diamètre p o u r le passage de l'eau de refroidissement. Les 400 galettes de l'ai- mant sont connectées en série au point de vue électrique et en parallèle en ce qui concerne le circuit de refroidissement.
Les bobines sont isolées par un sandwich de papier-mica-papier, imprégné sous vide avec une résine polyester.
Lentilles et enroulements polaires
Les déviations du champ magnétique par rapport à sa f o r m e idéale peuvent être corrigées au m o y e n de lentilles ma- gnétiques et d'enroulements polaires.
L e contrôle de Q est effectué au m o y e n de lentilles quadripolaires qui ont un effet purement linéaire. P o u r agir sur les effets non linéaires, notamment aux faibles énergies et pendant la période de transition, une paire de lentilles he- xapolaires et une paire de lentilles octo- polaires par super-période ont été in- corporées à l'équipement. Ces lentilles sont suffisamment courtes p o u r qu'il soit possible d'en placer une paire dans un secteur sans c h a m p .
Le dispositif radioélectrique d'accélération
La principale difficulté affectant la réalisation d u système radioélectrique
Fig. 3 : Plan d'ensemble du synchrotron à protons et situation de la machine sur le site du CERN. Les indices ont Ici signification suivante : 1. station géodésique centrale et salle de commande de la haute fréquence (HF) d'accélération ; 2. tunnels radiaux ; 3. salle d'équipement HF ; 4. une des 100 unités de l'électro-aimanf ; 5. colonne géodésique ; 6. salle de l'alternateur principal ; 7. laboratoires ; 8. salle de commande principale ; 9. salles expérimentation ; 10. accélérateur linéaire ; 11. générateur 500 keV ; 12. bâtiment sud des génératrices alimentant les appareils d'analyse et de détection en 9.
HF = cavité accélératrice, T = c i b l e , M = aimant d'éjection du faisceau, D = déflecteur permanent électrostatique d ' i n j e c t i o n , PD = déflecteur électrostatique puisé, P-Pd = électrode de défection, V - V = vannes de pompage = aimant double d'éjection, = aimant simple d'éjec- tion f j - ^ = cibles d'éjection, Q^-GU = lentille quadripolaire S ^ o - Q i ^ = lentilles hexapolaires et octopolaires.
destiné à accélérer les protons dans le SP du C E R N , réside dans le fait qu'il est nécessaire d'assurer un synchronisme parfait entre le m o u v e m e n t des particu- les conditionné par la valeur instanta- née du champ magnétique et de la fré- quence de la tension d'accélération. L a précision requise est de l'ordre de 0,1 °/o à l'injection, et de 0,01 °/o à l'éjection, mais, aux environs de l'énergie critique o ù doit avoir lieu le saut de phase, la tolé- rance sur les écarts de fréquence n'est que de l'ordre du m i l l i o n i è m e . Les écarts de la fréquence par rapport à sa valeur théorique agissent i m m é d i a t e m e n t sur les excursions radiales des particules, et il importe une fois de plus de main- tenir celles-ci à l'intérieur des dimen- sions exiguës de la chambre à vide.
L e p r o g r a m m e de fréquence devant être accordé à la montée du c h a m p ma- gnétique, la première étape dans son établissement consiste en la mesure du c h a m p dans une unité magnétique de référence. Cette mesure est effectuée en utilisant l'effet de H a l l et tient compte automatiquement de l'influence du champ rémanent. L e signal ainsi obtenu est injecté dans un calculateur électro- nique qui le transforme en un signal correspondant à la loi fréquence-champ.
L e signal recueilli à la sortie du calcula- teur électronique agit alors sur l'oscilla- teur principal ; on obtient une précision
de base de l'ordre de 1 0 ~3 à 1 0 ~4 qui de- vra être améliorée par un signal correctif prenant sa source dans le faisceau. L e si- gnal H F obtenu est alors injecté, après préamplification suffisante, dans l'ampli- ficateur de distribution placé au centre de
la machine ; de là, des câbles de lon- gueur électrique égale transmettent la tension H F aux 16 stations accélératrices réparties autour de la circonférence.
La fig. 5 donne le diagramme de base du système H F .
Réalisation
Dans l'état actuel des techniques de calcul, des calculateurs analogiques sont utilisés p o u r des précisions allant jus- qu'à 1 0 "3, tandis que des calculateurs arithmétiques sont mis en œuvre là où la précision requise dépasse 10"4. Il y a, par conséquent, une coupure entre 1 03
et 10"4 o ù il est très difficile de mettre au point des calculateurs analogiques et o ù les calculateurs arithmétiques ne se justifient pas é c o n o m i q u e m e n t . E n outre, dans le cas du SP du C E R N , il serait très difficile d'employer des calculateurs arithmétiques en raison de la vitesse de réponse demandée. I l est par conséquent nécessaire de faire appel aux calculateurs analogiques et de les développer jusqu'à leurs limites extrêmes.
L e calculateur analogique du SP du
C E R N c o m p r e n d deux éléments essen- tiels : un appareil pour la mesure pré- cise de la valeur instantanée du champ magnétique (sonde de H a l l ) et le sys- tème calculateur proprement dit.
La reproductibilité de ce dispositif est supérieure à 0,1 % et la précision né- cessaire de I °/o a été obtenue. Ce chiffre peut être ramené à 0,1 % au m o y e n d'un générateur de correction auxiliaire.
L'oscillateur c o m p r e n d c o m m e élément déterminant la fréquence un convertis- seur linéaire fréquence-tension. La fig. 6 reproduit le principe de base du système.
L e signal prélevé à la sortie d'un oscil- lateur à fréquence m o d u l é e usuel est in- jecté dans un fréquence-mètre four- nissant une tension de sortie V , propor- tionnelle à la fréquence d'entrée f. Cette tension est comparée à la tension de contrôle V du calculateur de H a l l et la différence est amplifiée ; le signal ainsi obtenu contrôle par réaction l'oscilla- teur à fréquence m o d u l é e .
Les 16 postes d'accélération répartis autour de la machine comprennent cha- cun : a) un résonateur contenant la fente accélératrice, b ) un dispositif accordant automatiquement la fréquence, c) un am- plificateur de puissance. L e résonateur consiste essentiellement en deux lignes coaxiales quart-d'onde, fonctionnant en push-pull Les protons cheminent dans l'espace entouré par le conducteur inter-
Fig. 4 :
Coupe en perspective dans le bâtiment annulaire du synchrotron à protons du CERN.
A = unité d'électro-aimant, B = chambre à v i d e , C = vérin, D = poutre en béton dis- tincte du bâtiment et supportée par E = colonnes-supports souples, F = colonne-support en béton reposant sur le roc, G = bitume, H = pont roulant, I = ventilation, K = cavité accélératrice HF, L = lentille octopolaire, M = Pompe à vide. N = câbles électriques, O = canalisation d'eau pour le refroidissement des aimants, P = rail du chemin de fer de ceinture, Q = terre meuble, R = roc, S = climatisation du béton par circulation d'eau.
ne eî sont accélérés au passage de la fente se trouvant a u m i l i e u du poste. A f i n de p o u v o i r loger le résonateur dans le sec- teur compris entre deux unités magnéti- ques, il est nécessaire d'ajuster sa lon- gueur à l'espace disponible ; on y par- vient en chargeant le résonateur de fer- rite, solution qui permet également l'ac- cord automatique de la fréquence.
La fig. 8 montre d'une manière sché- matique la section d'une cavité accélé- ratrice. Les deux résonateurs quart-d'on- de sont excités en opposition de phase, ce qui permet d'obtenir un fonctionne- lïient e n push-pull à la fente accéléra- trice. L'un des résonateurs est alimenté par une spire connectée directement à la plaque de l'alimentation, l'excitation en opposition de phase de l'autre réso- nateur étant effectuée par une spire de couplage en f o r m e de 8= Chacun des deux noyaux de ferrite contient 45 an- n e a u x de ferrite de 2,1 cm d'épaisseur, c o l l é s à Faraldite. L'accord de la cavité est obtenu au m o y e n d'un aimant auxi- liaire entourant celle-ci ; Fautomaticité de l'accord est obtenue en agissant sur le courant continu qui alimente l'aimant.
L e s unités accélératrices sont placées dans l'anneau circulaire où la températu- re doit être maintenue constante à i 1° C.
près. Dans ces conditions, le refroidisse- ment par rayonnement et convexion se révèle inadéquat et puisque le refroi- dissement par air c o m p r i m é est trop c o m p l i q u é , les noyaux d e ferrite et tous les tubes de puissance doivent être re- froidis par eau.
L e système générateur du p r o g r a m m e H F décrit ci-dessus ne fonctionne pas d'une manière satisfaisante aux hautes énergies. Il convient alors d'utiliser le faisceau de particules lui-même pour con- trôler la fréquence. Si l'orbite fermée est décalée radialement par suite d'un défaut de fréquence, le faisceau tout en- tier est excentré et des électrodes de dé- tection radiales peuvent déceler ce dé- calage. L e signal de sortie des électrodes de détection peut être appliqué au calculateur sous f o r m e de signal d'er-
Fig. 5 : schéma de base du système d'accé- lération haute fréquence : 1 = fête de mesure, 2 = calculateur Hall, 3 = maître oscillateur, 4 = déphaseur, 5 = amplificateur de distri- bution, 6 = amplificateur de puissance, 7 = cavité accélératrice, 8 = signal provenant du correcteur de fréquence, 9 = signal de syn- chronisation. Les indices 6-7 se rapportent à 16 unités accélératrices de fréquence variable entre 2,9 et 9,55 MHz.
Fig. 6 (à droite).
Schéma du maître oscillateur :
1 = signal fourni par le calculateur Hall, 2 = fréquencemètre, 3 = oscillateur à fréquence modulée, 4 = amplificateur à courant continu.
reur destiné à corriger la fréquence de la tension d'accélération. Ceci est le principe de « l'asservissement du faisceau ». En réalité, l'ensemble du système est c o m p l e x e ; il nécessite de nombreuses boucles d'asservissement qui utilisent non seulement le décalage du faisceau c o m m e signal d'erreur mais éga- lement la phase des paquets de parti- cules par rapport à la tension H F appli- quée.
Injection des particules
L'injection dans le SP du C E R N est basée sur l ' e m p l o i d'un accélérateur li- néaire du type A l v a r e z . La structure com- prend (fig. 7) trois cavités résonantes cylindriques placées en série et possédant chacune un résonateur en cuivre, et une série de tubes de glissement disposés suivant l'axe des cylindres ; ces struc- tures sont placées dans des enceintes vi- dées et alimentées par des sources H F . Les protons produits par une source d'ions sont accélérés d'abord à 500 k e V et injectés ensuite dans l'accélérateur li- néaire. L e faisceau de 50 M e V qui en émerge est alors dirigé vers le synchro- tron proprement dit. L'injection s'effec- tue pendant un seul tour du faisceau, correspondant à une durée de 6 micro- seconde.
La source cTions
La source d'ions consiste essentielle- ment en une enceinte en céramique
dans laquelle de l'hydrogène est ionisé par une i m p u l s i o n de 140 M H z , d'une durée de 30 J J S . La tension d'extraction est de 25 k V et dure 10 ^s environ. La pression requise à l'intérieur de l'am- p o u l e à décharge est de 1 0 -3 m n i H g , la pression dans la région d'accélération étant de 1 0 -5 m n i H g . Ceci a conduit à l'adoption d'un canal de 3 m m de dia- mètre et de 15 m m de long. L e courant de sortie est de 50-100 m V .
L'équipement 500 kV
La haute tension alimentant la colon- ne accélératrice est fournie par un géné- rateur de 600 k V , 4 m A , du type Coek- eroft-Walton, utilisant des cascades sy- métriques et attaqué par un transfor- mateur de 5 k V A fonctionnant sous 50 H z . Des éléments secs (cellules au sélé- n i u m ) sont utilisés dans les redresseurs.
Le transiormateur ainsi que les éléments en cascade sont placés dans un cylin- dre isolé de 4 m de haut, rempli d'huile.
La colonne accélératrice est composée de 12 disques en acier i n o x y d a b l e fixés d'une manière rigide à 13 anneaux de porcelaine. La longueur de la colonne est de 83 cm et correspond à un gradient de tension de 6 k V / c m . L'uniformité de la distribution de la tension en régimes permanent et transitoire, est obtenue au moyen d'une chaîne résistive-capacitive appropriée. L ' e n s e m b l e de l'appareillage à 600 k V est installé dans une cage de Faraday de 10,5 x 8,5 m et de 6 m de haut.
La structure accélératrice
Les caractéristiques du champ réma- nent de l'aimant, les exigences du pro- gramme d'accélération haute fréquence ainsi que les considérations d'ordre éco- n o m i q u e ont déterminé le choix d'une énergie d'injection de 50 M e V dans le synchrotron. Il à été décidé d'exécuter l'accélérateur linéaire sous f o r m e de trois cavités ayant respectivement 6, 12 et 12 m de long et donnant des énergies de sortie de 10, 30 et 50 M e V .
Fig 7.
Système d'injection, d'adaptation et de déflexion du faisceau : 1 = orbite d ' é q u i l i b r e , 2 = unité d'aimant, 3 = points de référence pour l'alignement des unités d'aimant, 4 = lentilles quadripolaires, 5 = cavité accélératrice, 6 = électrodes de défection, 7-8 = lentilles hexapolaires et octopolaires, 9 — déviation électrostatique permanente, 10 = déviation électrostatique puisée, 11 = tunnel radial, 12 = cavité accélératrice, 13 = lentilles quadri- polaires, 14 =réseau d'alignement des aimants, 15 = colonne géodésique, 16 = électro-aimants de déflexion, 17 = dégroupeur, 18 = triplets quadri- polaires d'adaptation du faisceau. 19 = pompe à vide et, (20), générateur HF,pour l'accélérateur linéaire 21, 22 = commandes, 23 = groupeur, 24 = colonne accélératrice 500 keV, 25 = source d'ions, 26 = générateur haute tension, 27 = plate-forme HT.
La première cavité contient 42 tubes de glissement à diamètre décroissant de 140 à 62 m m ; la d e u x i è m e et la troi- sième cavité sont munies de tubes de glissement de m ê m e diamètre. La lon- gueur des tubes de glissement augmente vers la sortie afin de remplir les condi- tions de synchronisme.
U n e des photos p. 10 donne une vue d'ensemble d'une partie des résonateurs et des tubes de glissement.
Alimentation HF
L'exécution de l'accélérateur linéaire en trois cavités a des incidences sur le p r o b l è m e de l'alimentation H F . U n sys- tème amplificateur à oscillateur de quartz est utilisé c o m m e générateur de fré- quence c o m m u n . Dans ces conditions, il est raisonnable d'utiliser un amplifica- teur c o m m u n jusqu'au dernier étage précédant la sortie, avec un étage de sortie par cavité.
Fig. 9 : cycle d'alimentation de l'électro-aimant:
1 = tension, 2 = pointe de courant 6 400 A à 14 000 gauss, 5 000 A à 12 000 G, 3 = courant décroissant.
Fig. 10 : schéma d'alimentation de l'électro- aimant : 1 = moteur à induction entraînant l'alternateur 3, 2 = volant, 4 = transformateur intermédiaire, 5 = mutateur à vapeur de mer- cure, 6 = filtre, 7 = enroulements de l'électro- aimant.
Fig. 8
Coupes et schéma d'une cavité accélératrice : 1 = tubulures pour refroidissement par eau, 2 = bobine d'excitation de 3 = aimant, 4 = boucle de couplage, 5 = joint d'étanchéité isolant, 6 = âme en ferrite, 7 = conducteur inférieur ,
Les chiffres de base de l'alimentation sont de 1 M ¥ pour la première cavité, 2 M W pour la seconde et 2 M W pour la troisième, la fréquence étant de 200 M H z , la durée de l'impulsion de 200 \xs et la fréquence de répétition de 1 impulsion par seconde.
Focalisation
L'un des principaux p r o b l è m e s de Ja réalisation d'un accélérateur linéaire est' la défocalisation radiale du faisceau liée à la focalisation en phase.
Dans l'accélérateur linéaire du SP du C E R N , la focalisation dans la d e u x i è m e et dans la troisième cavité est réalisée au m o y e n de lentilles magnétiques qua- dripolaires à gradient alterné, alimentées en courant continu. La première cavité était d'abord m u n i e de grilles qui ont été remplacées par la suite par des len- tilles quadripolaires puisées.
Déflexion
Les difficultés de l'optique de dé- flexion sont dues à la « raideur » du faisceau (c'est-à-dire à son énergie éle- vée) qui rend son maniement difficile et à la structure irrégulière du champ de fuite de l'aimant. D e plus, les toléran- ces sévères affectant la position du fais- ceau injecté impliquent des tolérances tout aussi sévères pour la réalisation pratique de la déflexion, c'est-à-dire p o u r les champs déflecteurs électriques et magnétiques
Alimentation
P o u r alimenter ses machines en éner- gie, le C E R N dispose, sur l'emplacement de son Laboratoire, d'une sous-station principale de 20 000 k V A . L'énergie élec- trique est fournie par 3 câbles de 18 k V d'une puissance nominale de 7 M Y A.
Dans le secteur du SP, l'énergie électri- que est distribuée à partir de deux sous- stations dont l'une se trouve dans la centrale du SP et l'autre au sous-sol de de l'aile des laboratoires et des bureaux.
La première sous-station fournit l'éner- gie électrique à 6 k V au générateur de l'électro-aimant, à 3 k V au système haute fréquence, et à 380/200 V aux salles d'ex- périmentation, à l'aile de l'accélérateur linéaire, au bâtiment annulaire et au bâ- timent central.
U n e troisième sous-station est en cours de construction ; elle alimentera l'appa- reillage expérimental et le matériel de détection.
Alimentation de l'électro-aimant
La figure 9 montre la forme que doit avoir le cycle d'impulsion pour obtenir dans l'entrefer un champ magnétique
augmentant linéairement avec le temps.
La décharge de l'aimant consécutive à la p é r i o d e d'accélération doit être aussi rapide que possible afin de réduire au m i n i m u m les pertes de puissance et r é c h a u f f e m e n t de l'aimant. En outre, l'énergie de décharge doit être emmaga- sinée afin d'éviter des pertes et de grandes fluctuations de puissance.
La figure 10 montre la solution adop- tée. U n turbo-générateur de courant al- ternatif entraîné par un moteur à induc- tion à 3000 tours par minute fournit à l'aimant une puissance de crête de 34 600 k W . U n volant de 6 tonnes, placé sur l'arbre du groupe convertisseur, est utilisé p o u r emmagasiner l'énergie récu- pérée de l'électro-aimant. La régulation du m o t e u r d'entraînement est assurée par un groupe Scherbius. La mise au point des puissants convertisseurs à arc au mer- cure a constitué une importante tâche pour l'industrie.
L'appel de puissance m o y e n sur le ré- seau d'alimentation est d'environ 2000 k W à 6 k V .
Problèmes d'implantation
Il a déjà été mentionné que si l'ali- gnement des secteurs de l'électro-aimant n'est pas correct ou si le m a n q u e de stabilité des fondations p r o v o q u e des défauts d'alignement, l'orbite fermée est déviée par rapport à la courbe idéale.
Si les extrémités des unités de l'électro- aimant ont des défauts d'alignement aléa- toires variant entre + 0,6 m m , la dévia- tion m a x i m u m de l'orbite fermée atteint 1 cm. E n fait, les tolérances des mesures p o u r l'alignement des unités ont été fixées à 1 / 1 06. D u point de vue de la stabilité des fondations, il vaut m i e u x prendre en considération les harmoni- ques spatiaux des déviations possibles.
U n h a r m o n i q u e de second ordre dont l'amplitude serait de 3,8 cm entraînerait un déplacement de l'orbite fermée de 1 cm, ce qui ne serait pas très grave.
L ' h a r m o n i q u e d'ordre 6 est toutefois critique car une amplitude de 0,36 m m provoquerait une déviation de l'orbite fermée de 1 cm. O n peut donc constater que les fondations de la machine du C E R N doivent être extrêmement stables.
On réussit à aligner les unités de l'électro-aimant sur l'anneau avec une précision de 1 / 1 06 grâce à l'utilisation des théodolites modernes les plus per- fectionnés et de fils d'invar d'un vieil- lissement approprié. L e bâtiment annu- laire c o m p r e n d 8 tunnels radiaux, 1 pi- lier géodésique central et 8 piliers géo- désiques à l'intérieur du bâtiment (fi- gure 3 ) . O n a délibérément évité d'avoir recours à un système hexagonal par suite de la sensibilité de la machine à la déviation de l'harmonique d'espace du sixième ordre qui amplifierait nettement toute erreur de triangulation. Il est pos- sible de régler les repères octogonaux à la précision désirée et les unités de l'électro-aimant ont été alignées à partir des huit repères du bâtiment à l'aide de mesures d'angle et de longueur.
