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Dernières nouvelles du LHC : les nuages sont dissipés

La semaine 23 a été consacrée au nettoyage des tubes de faisceau, dernière étape avant la montée en intensité

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LHC Report: clear skies for the 2017 LHC run

Instantané de la distribution habituelle, en étoile, du nuage d'électrons sur l'écran de faisceau d'un aimant sextupolaire.

Même si l'ultravide règne dans les tubes de faisceau du LHC, des molécules de gaz résiduelles et des électrons restent piégés sur les parois de la chambre à vide. Lorsque le faisceau circule, ceux-ci sont libérés de la surface des parois et ils peuvent alors déstabiliser les faisceaux. Ce phénomène est appelé « nuage d'électrons ».

Pendant la semaine 23, le temps de faisceau du LHC a été entièrement consacré au « nettoyage » des parois des chambres à vide, dans le but de prévenir la formation de ces nuages d'électrons. Dans ce mode de fonctionnement, le LHC est rempli, à plusieurs reprises, avec autant de paquets peu espacés que possible ; ceux-ci provoquent la formation d'intenses nuages d'électrons dans les tubes. Ce processus est bénéfique : lorsque les parois des tubes subissent un fort bombardement d'électrons, elles deviennent petit à petit moins susceptibles de produire de nouveaux électrons, ce qui inhibe la formation des nuages d'électrons. L’opération de nettoyage réduit ainsi la formation ultérieure de nuages d’électrons, lesquels feraient chauffer les parois, dégraderaient le vide dans les tubes de faisceau et pourraient en fin de compte causer des instabilités ou dégrader les faisceaux entrant en collision.

Le nettoyage du LHC a été considéré comme particulièrement nécessaire, cette année, en raison de l'ouverture du secteur 1-2 pendant l'arrêt technique hivernal prolongé (EYETS) 2016-2017 et de la contamination conséquente des parois internes des tubes.

Le nettoyage du LHC a commencé le mardi 6 juin. Lors de cette étape, de longs trains en provenance du SPS, contenant 288 paquets, ont été utilisés pour remplir le LHC. Les cellules du secteur 1-2 ont présenté comme prévu, au début de l'opération, une charge thermique bien plus importante que tous les autres secteurs. Dans les jours qui ont suivi, la charge thermique dans ce secteur a toutefois progressivement baissé et la qualité du faisceau a progressé régulièrement, preuve que le nettoyage des chambres de faisceau était efficace.

Le vendredi soir, le nombre de paquets dans le LHC a été porté à environ 2820 par faisceau, soit le nombre maximal qu’il est possible d’injecter à l'heure actuelle. Le processus d'injection a été assez rapide, grâce à la fois à l'injection de longs trains de paquets en provenance du SPS et au système de contrôle cryogénique du LHC, qui a pu réagir efficacement aux changements rapides de la charge thermique sur les parois froides, à mesure que davantage de paquets étaient injectés. En dépit de la présence continue d'un nuage d'électrons dense dans la machine, le faisceau entier a circulé samedi soir de façon stable et avec peu de dégradation dans le LHC ; dans le même temps, la charge thermique dans le secteur 1-2 a baissé, jusqu'à retrouver la valeur qu'elle avait atteinte fin 2016.

Le dernier jour de la phase de nettoyage de cette année a été consacré à des tests de faisceau spécifiques, visant à résoudre des questions depuis longtemps en suspens ainsi que certains aspects opérationnels (encore) non examinés, comme la différence existant entre les deux faisceaux en ce qui concerne la production de nuages d'électrons et les paramètres de la machine nécessaires pour garantir la stabilité des faisceaux avec les nuages d'électrons actuellement dans la machine. Lundi 12 juin, tôt le matin, tous les tests avaient été menés à bien. Le LHC est maintenant prêt pour poursuivre la montée en énergie avec des faisceaux pour la physique, présentant un espacement de 25 nanosecondes entre les paquets, ce qui mènera ensuite à avoir 2556 paquets de haute brillance par faisceau dans la machine, soit l'objectif de 2017.