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Traitement thermique des cavités ESS : un nouveau procédé testé et réussi à l’IPN

La division accélérateur a développé dans le cadre d’ESS un four dédié au traitement thermique à haute température (jusqu’à 1400°C) sous vide (10-6 mbar) des cavités radiofréquence supraconductrices en niobium. Ce four, qualifié avec succès en Mai 2016, permet grâce à ce recuit, de diminuer sensiblement le taux d’hydrogène interstitiel dans le niobium.

Fig. 1 Insertion des cavités dans le four : a) cavité spoke ESS, b) cavité haut beta ESS

Tous les traitements thermiques effectués à ce jour (plus de 15), à des fins de dégazage hydrogène ont donné d’excellents résultats. Le procédé, désormais bien maîtrisé, a été appliqué aux cavités spoke (ESS et MYRRHA), alors que l’opération était plus complexe car ces cavités sont notamment équipées d’un tank en titane. Nous avons appliqué ce recuit de dégazage hydrogène avec succès ce recuit à 650°C pendant 10h00 dans le four de l’IPN (au lieu des 850°C pendant 3h00 habituellement requis pour ce type d’opération) à des cavités spoke (Fig.1 – A) et elliptiques haut beta (Fig.1 – B) d’ESS. Les performances RF des cavités subséquentes à ce traitement thermique sont très bonnes. Plus précisément, le recuit a permis de réduire -Fig. 3) fortement (facteur 2 à 3) les dissipations thermiques dans les cavités ; d’où une réduction dans les mêmes proportions du coût de réfrigération (division par 2 ou 3 de la charge thermique vers le réfrigérateur à l’hélium liquide (T=2K)). A titre d’exemple, La cavité prototype double spoke d’ESS (Fig.2), grâce au recuit à 650 °C, a été vaccinée contre l’effet 100 K : malgré un séjour de 30h00 à 100K, on n’observe aucune dégradation des performances RF. Enfin, cinq cavités haut beta d’ESS, conçues par le CEA ont été recuites à 650 °C dans le four de l’IPNO : on a obtenu des résultats (Fig. 3) remarquables avec une bonne reproductibilité. Notons que l’IPN est l’un des rares laboratoires à avoir expérimenté ce procédé.

Fig. 2 – Performances radiofréquence de la cavité spoke prototype ROMEA après recuit à 650 °C pendant 10h00.

Fig. 3 – Performances radiofréquence de quatre cavités haut beta d’ESS après recuit à 650 °C pendant 10h00


 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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