La campagne d’amélioration du système de collimation du LHC, qui avait démarré dès le LS1, s’est poursuivie durant le LS2. Seize nouveaux collimateurs ont ainsi été installés dans l’accélérateur au cours des trois dernières années, en vue non seulement de la prochaine période d’exploitation de l’accélérateur (Run 3), mais surtout du futur LHC à haute luminosité (HL-LHC).
Le HL-LHC, qui devrait entrer en service fin 2027, améliorera les performances de l’actuel LHC en augmentant d’un facteur 10 sa luminosité intégrée, c’est-à-dire le nombre de collisions produites par unité de surface, multipliant ainsi le nombre de collisions au cœur des expériences. Pour ce faire, les faisceaux de particules du HL-LHC seront notamment plus intenses, ce qui n’est pas sans poser quelques problèmes…
Car avec l’augmentation du nombre de particules en circulation et du nombre de collisions, la protection des équipements du LHC doit être renforcée. Les particules qui divergent de leur trajectoire peuvent en effet frapper des composants sensibles, comme les aimants supraconducteurs, et entraver leur fonctionnement. La protection est particulièrement cruciale à proximité des expériences et des zones du LHC consacrées à la collimation des faisceaux.
C’est pourquoi le HL-LHC doit être doté d’un système de collimation encore plus performant. Les collimateurs, installés dans deux régions du LHC (aux points 3 et 7 de l’anneau) et autour des quatre grandes expériences (ALICE, ATLAS, CMS et LHCb), sont des dispositifs spéciaux équipés de mâchoires – blocs mobiles constitués de matériaux robustes – qui se referment autour du faisceau pour le nettoyer des particules déviantes. Les matériaux constituant ces mâchoires sont capables de résister à des conditions de pression et de température extrêmes, ainsi qu’à des niveaux élevés de radiation. Certains collimateurs, à ouverture fixe, ont justement pour but de protéger les aimants des radiations.
Durant le LS2, pas moins de 16 nouveaux collimateurs de différents types ont ainsi été installés dans la machine. Deux collimateurs TCLD (Target Collimator Long Dispersion suppressor) ont été mis en place autour de l’expérience ALICE en 2020, et la plupart des nouveaux dispositifs reste pour le point 7, où une grande partie du « nettoyage de faisceau » est réalisée : « Autour du point 7, nous avons installé pas moins de 14 collimateurs au cours du LS2. Certains remplacent des collimateurs existants pour les améliorer, d’autres ont été ajoutés, » explique Stefano Redaelli, chef du lot de travaux consacré à la collimation pour le projet HL-LHC. « J’en profite pour remercier toutes les équipes impliquées au sein du Secteur Accélérateur et Technologie (ATS) pour leur engagement sans faille, elles ont accompli un travail remarquable ! »
Trois types de collimateurs sont concernés : quatre collimateurs primaires (TCPPM pour Primary Collimator with Pick-Up, Metallic), huit secondaires (TCSPM pour Secondary Collimator with Pick-Up, Metallic) et deux absorbeurs passifs. « Les collimateurs primaires et secondaires, qui ont été fabriqués avec la contribution de partenaires industriels internationaux, présentent un nouveau design, » poursuit Stefano Redaelli. « Ils sont basés sur un composite molybdène-graphite qui, grâce à sa faible résistivité électrique, permet une stabilité des faisceaux de plus haute intensité. Les collimateurs secondaires sont en plus dotés d’un revêtement en molybdène pur de 6 microns, qui réduit encore la résistivité électrique d’un facteur 20. » Ces nouveaux collimateurs sont de plus équipés de capteurs permettant de contrôler la position des faisceaux, afin d’ajuster au mieux la position des mâchoires.
Par ailleurs, deux nouveaux collimateurs à base de cristaux, développés pour l’exploitation avec ions lourds, devraient être installés au point 7 à la fin de l’année. Rendez-vous l’année prochaine pour de plus amples informations, et pour les premiers tests avec faisceaux.