La première structure accélératrice, destinée à l’accélérateur linéaire du SwissFEL, a été achevée au PSI. En tout, 104 structures comme celle-ci seront nécessaires pour que les électrons, qui génèreront des impulsions de rayon X, puissent être accélérés dans SwissFEL et atteindre l’énergie nécessaire. Ce composant résulte d’un usinage de haute précision et subit actuellement des tests d’alimentation sous haute puissance électrique.
Plus que 103. La première structure accélératrice (cavité), destinée à l’accélérateur linéaire du SwissFEL, a été achevée à l’Institut Paul Scherrer (PSI). Le nouveau grand instrument du PSI, actuellement en construction dans la forêt de Würenligen (AG), produira dès 2016 des impulsions de rayon X extrêmement intenses, ayant les propriétés du laser.
Une réalisation de haute précision
Au total, 104 structures comme celle-ci seront nécessaires pour accélérés les électrons et atteindre l’énergie nécessaire pour générer des impulsions de rayon X. Ces structures sont composées de 113 plaques de cuivre circulaires (appelées coupelles de cuivre). Lors de la réalisation des structures accélératrices, la tolérance à l’erreur est pratiquement nulle. Chaque coupelle de cuivre est le résultat d’un usinage de haute précision. Leur assemblage se fait au moyen d’une installation robotisée, qui travaille en conditions de salle blanche. Toutes les étapes de travail sont définies jusque dans les moindres détails. La coupelle de cuivre, préparée par un spécialiste, est chauffée à environ 50 ºC, et acheminée par un bras de robot vers une caméra 3D pour y être examinée. Ensuite, ce même bras l’empile sur les coupelles déjà prêtes, et la refroidit à température ambiante. Ce processus provoque un léger frettage, qui assure un alignement exact. Une fois la pile terminée, un système de mesure automatique vérifie si elle présente l’exactitude nécessaire.
Enfin, la pile est sanglée avec précaution, et transportée dans un véhicule spécial jusqu’au four de brasage sous ultra-vide. Ce géant de près de 9 mètres de haut a été acquis spécialement pour le brasage des coupelles de cuivre. Lors de ce processus également, la précision est impérativement de mise. « Sous haute tension, les plus petites irrégularités au niveau de la surface de cuivre peuvent provoquer des arcs électriques », souligne Florian Löhl, responsable de l’accélérateur linéaire dans l’équipe SwissFEL.
Efficacité énergétique optimisée
Dans le SwissFEL terminé, les structures accélératrices seront regroupées par quatre pour un module accélérateur. La longueur totale de l’accélérateur linéaire sera de 335 mètres, et donc relativement réduite par rapport à d’autres installations comparables. Pour qu’il atteigne malgré cela l’efficacité désirée, il faut pouvoir produire un énorme champ accélérateur d’environ 30 millions d’électronvolts par mètre. « L’énergie de faisceau doit être augmentée de plus de 200 millions électronvolts par module », détaille Florian Löhl. L‘énergie finale du faisceau d’électrons est la condition nécessaire pour produire des impulsions de rayons X, ayant les qualité nécessaires pour les expériences qui seront conduites au SwissFEL. Ces dernières permettront de lever le voile sur des structures extrêmement petites et des processus extrêmement rapides, auxquels la recherche n’a pas accès pour l’instant.
Mais les développeurs du SwissFEL n’avaient pas que la conception de l’accélérateur linéaire et sa puissance optimale en tête : « Nous avons réussi à ramener la consommation d’énergie bien en-deçà de celle d’instruments comparables », annonce Florian Löhl.
Jusqu’en septembre, la structure accélératrice sera soumise à un test draconien d’alimentation electrique de haute puissance. D’autres structures sont déjà en production : « Le prochain défi qui nous attend sera la fabrication et le test d’un module accélérateur complet », explique Florian Löhl.
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