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Installation réussie du tube de faisceau à LHCb

La réinstallation, durant l'été, du tube de faisceau dans le détecteur LHCb a constitué une nouvelle étape majeure de la mise à niveau de l'expérience

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La section en acier inoxydable du tube de faisceau de LHCb est hissée jusqu'au niveau de la ligne de faisceau avec une grue et installée entre les filtres du système à muons. (Image: CERN)

Les travaux d'amélioration et de maintenance des expériences LHC réalisés pendant le deuxième long arrêt du complexe d'accélérateurs du CERN touchent à leur fin. De toutes les expériences, LHCb est celle qui connaît la métamorphose la plus importante depuis deux ans, avec l'installation d'un localisateur de vertex (VELO) plus rapide, d'un nouveau trajectographe à fibres scintillantes (SciFi) et de détecteurs Tchérenkov à focalisation annulaire améliorés (RICH1 et RICH2). Alors que l'installation des sous-détecteurs et de l'infrastructure de LHCb en prévision de la mise en service se poursuit, la réinstallation du tube de faisceau a été menée à bien pendant l'été  ̶ une étape majeure dans la préparation du détecteur à la troisième période d'exploitation du LHC.

Contrairement aux autres expériences, le tube de faisceau à LHCb a une forme conique dans tout le détecteur. Sur les 19 mètres de la longueur totale du tube, le diamètre passe de 50 mm près du point d'interaction de LHCb à 380 mm dans le système à muons de l'expérience. Le tube de faisceau comprend quatre sections de longueur différente. Trois d'entre elles sont en béryllium et mesurent 11,6 m. LHCb a ainsi le plus long tube de faisceau en béryllium de toutes les expériences LHC. La quatrième section, la plus grosse, est faite d'acier inoxydable. La forme comme le matériel qui constitue le tube ont été choisis de façon à optimiser sa transparence aux particules issues des collisions dans le LHC.

La structure de support du tube de faisceau, en forme de toile d’araignée au niveau de l’ouverture de l’aimant de LHCb, comprend des colliers en béryllium ainsi que des cordes et tiges en fibres de carbone, limitant la quantité de matériau au minimum. Cette structure, qui a été installée pendant le premier long arrêt, est la première du genre jamais utilisée dans une expérience. Elle est à ce jour unique au monde. Malgré son apparence fragile, elle permet de maintenir le tube de faisceau en place malgré la force importante que celui-ci exerce sur elle lorsqu'il est sous vide.

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La plus petite des sections en béryllium est glissée à l'intérieur de son support en forme de toile d'araignée (Image : CERN)

L'installation du tube de faisceau à LHCb, qui a nécessité l'intervention d'ingénieurs et de techniciens de différents départements, a commencé en avril. La première section, la plus petite, a été insérée dans le sous-détecteur RICH1 et raccordée à l'enceinte à vide du VELO entourant le point d'interaction. L'installation et l'alignement minutieux de la structure en forme de toile d'araignée ont eu lieu à la mi-juillet. Les sections restantes ont ensuite été installées dans un ordre bien défini : il a tout d'abord fallu faire glisser la première section en béryllium, la plus longue (7 m), dans la gaine cylindrique interne du sous-détecteur RICH2. Ensuite, le cône en acier inoxydable, section la plus lourde (160 kg) et la plus grosse, a été soulevé jusqu'au niveau de la ligne de faisceau avec une grue, puis glissé jusqu'au centre du système à muons. Enfin, la section en béryllium la plus légère (environ 4 kg) a été minutieusement installée manuellement, en la faisant coulisser jusque sur le support en forme d'araignée dans l'aimant.

Une fois les sections raccordées avec des soufflets et les contrôles réalisés afin de vérifier l'absence de fuite dans les connexions, la procédure d'étuvage pour améliorer la qualité du vide a débuté à la mi-août. Pour cela, le tube de faisceau a été enveloppé dans des couvertures chauffantes, ce qui a permis de le porter à 250 °C. L'enceinte à vide du VELO et la feuille radiofréquence très fine qui sépare le vide du détecteur LHCb du vide du tube de faisceau du LHC ont également été chauffées en même temps que le tube de faisceau. Une fois effectués les ultimes contrôles de la qualité du vide, les couvertures chauffantes ont été retirées et le tube du faisceau a été rempli de gaz néon à pression atmosphérique afin qu'il soit prêt pour le retour des faisceaux en octobre.

Cette video est aussi disponible sur CDS.