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L'installation HiRadMat, polyvalente et accessible aux utilisateurs, fête son dixième anniversaire

Construite en 2011, HiRadMat est une installation d'expérimentation unique au monde, servant à tester les matériaux après l'impact du faisceau

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HiRadMat experiment installation for First Beam Time Run after LS2
Cinq à six fois par an, HiRadMat teste l'impact de faisceaux pulsés de haute intensité sur des composants d'accélérateurs, des cibles et des échantillons de matériaux. (Image: CERN)

HiRadMat (High-Radiation to Materials), installation européenne majeure pour les tests de matériaux, a été créée il y a dix ans. Elle permet de délivrer des faisceaux pulsés de haute intensité, avec une impulsion élevée, sur une zone d'irradiation où des composants d'accélérateurs, des cibles haute puissance et divers autres échantillons de matériaux peuvent être testés.

« L'installation HiRadMat a été initialement conçue en 2009 dans le but de servir de banc d'essai pour les collimateurs du Grand collisionneur de hadrons (LHC), à une époque où des installations spécifiques étaient la norme pour de tels tests. La construction de l'installation d'irradiation a commencé en 2010, après approbation de la Direction et obtention d'un financement de l'Union européenne, et HiRadMat a vu le jour en 2011 », déclare Ilias Efthymiopoulos, responsable de la construction de l'installation HiRadMat. « L'un des défis rencontrés lors de la construction d’HiRadMat a été le démontage de l'ancienne cible T1 de la zone Ouest ainsi que de la cible T9 de l'installation neutrino zone Ouest. Les outils spécifiques que nous avons développés dans le cadre de la campagne de démontage sont désormais largement utilisés au CERN ».

« Dès le départ, l'accent a été mis sur la volonté d'offrir une optique de ligne de faisceaux remarquablement flexible », explique Malika Meddahi, directrice adjointe pour les accélérateurs et la technologie et ancienne chef de projet pour la conception, la construction et la mise en service des lignes de faisceaux. « Le faisceau est extrait du Supersynchrotron à protons (SPS) à l'aide du même canal d'extraction que le faisceau 1 du LHC, puis envoyé dans la ligne de transfert TT60 existante ; de là, après environ 200 mètres, la ligne de faisceau primaire d’HiRadMat (TT66) se ramifie et offre aux différentes expériences des faisceaux adaptables de 0,2 à 4 mm ».

Plusieurs installations du CERN ont été conçues à partir des données obtenues par les expériences menées par HiRadMat (qui ont débuté par le test d'une cible en poudre de tungstène soumise à un faisceau pulsé haute puissance). « Pour l'interception du faisceau, nous avons testé des prototypes de cibles utilisés pour produire des particules, réalisé des travaux de R&D sur des matériaux de pointe et effectué des recherches sur les matériaux réfractaires », indique Marco Calviani, responsable de la section Cibles, collimateurs et absorbeurs.

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Moniteurs de position de faisceau (BPM) électro-optiques, nouvelle technologie spécifique pour les moniteurs BPM développée avec RHUL dans le cadre du HL-LHC, en phase de test à HiRadMat. (Image: CERN)

Dès le début, le projet HiRadMat fait partie des programmes d'accès transnational EUCARD, EUCARD2 et ARIES, ce qui garantit un accès à l'installation à des utilisateurs du monde entier. Aujourd'hui, l'installation permet de produire jusqu'à 2 x 1016 protons par an. « Les expériences HiRadMat repoussent depuis dix ans les limites de la connaissance pour ce qui est de l'impact des faisceaux sur les matériaux, et comptent 42 expériences couronnées de succès », explique Nikos Charitonidis, du groupe Zones d'expérimentation, responsable de l'installation au CERN et président de son comité technique.

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Dans le tunnel, dispositif de moniteurs de position de faisceau (BPM) électro-optiques, prêt à recevoir le faisceau. (Image: CERN)

Les expériences HiRadMat sont évaluées selon des critères scientifiques par un comité d'experts externes. Parmi ces spécialistes figure Bernie Riemer, président du comité et scientifique au Laboratoire national d’Oak Ridge. « Notre rôle au sein d’HiRadMat nous permet d'assister à de remarquables avancées sur le plan de la technologie, des matériaux et de la recherche fondamentale, au profit du CERN et de collaborateurs du monde entier ». Nick Simos, du Laboratoire national de Brookhaven, décédé en 2020, était un membre-clé du Comité, et également son premier président. « Nick Simos a travaillé activement pour mobiliser les membres du comité ainsi que les utilisateurs et le personnel du CERN ; nous avons perdu un mentor, un ami et un leader », se souvient Bernie Riemer.

L'héritage de Nick Simos et de l'équipe d’HiRadMat est déjà considérable, comme le souligne Verena Kain, chef de la section Opération au SPS : « HiRadMat a assurément contribué à rendre les injecteurs du LHC du CERN encore plus polyvalents ».

Le travail se poursuivra pendant la troisième période d'exploitation, comme ce fut le cas en 2021 pour trois expériences du CERN : BLM3, pour l'étalonnage et la vérification des détecteurs de pertes de faisceau du LHC ; Multimat2, pour une analyse critique de matériaux de collimateurs en vue de la mise à jour HL-LHC ; et HED, pour un test de validation majeur des matériaux de conception des absorbeurs à haute énergie. À l’approche de travaux d'amélioration visant à préparer l'installation à recevoir des faisceaux plus lumineux et plus énergétiques, l’installation HiRadMat a encore de beaux jours devant elle. « Des études sont en cours pour améliorer la configuration et des éléments-clés du faisceau afin de permettre des intensités de faisceau et une brillance maximales grâce au projet d'amélioration des injecteurs du LHC, ce qui permettra à l'installation de réaliser un certain nombre de nouvelles expériences que la communauté attend avec impatience », explique Markus Brugger, chef du groupe Zones d'expérimentation.

Cet article est dédié à Nick Simos.