L'innovation du robot LESS du CERN
Robotique pour les structures de surface conçues par laser
Dans cet article :
- Le robot LESS permet un traitement de surface in situ au CERN: Développé par Waygate Technologies, le robot LESS effectue un traitement des structures de surface par ingénierie laser (LESS) à l'intérieur des écrans de faisceau du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) afin d'éliminer les nuages d'électrons qui dégradent les performances du faisceau de protons.
- Robotique de précision pour les espaces confinés: Le robot opère dans des points d'accès extrêmement étroits (fentes de 15 cm) et des écrans de faisceau longs (jusqu'à 15 mètres), à l'aide d'un mouvement de vis sans fin à entraînement pneumatique et d'une tête de traitement rotative à commande de précision.
- Gravure laser de haute précision: Le système grave des motifs spiralés microscopiques sur des surfaces métalliques avec une précision de 10 microns, créant ainsi des textures qui piègent les électrons et empêchent la formation de nuages à l'intérieur des chambres à vide du LHC.
- Innovation en collaboration avec le CERN et le monde universitaire: Ce projet est le fruit d'une collaboration entre le CERN, l'université de Dundee et le Science and Technology Facilities Council (STFC), et illustre la puissance de l'ingénierie interdisciplinaire.
- Percée dans la maintenance des accélérateurs de particules: Le robot LESS représente une avancée majeure dans la maintenance robotique pour la physique des hautes énergies, permettant une modification non invasive et de haute précision des surfaces de l'un des instruments scientifiques les plus complexes au monde.
LESS
Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est l'accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant du monde. Il a été mis en service pour la première fois le 10 septembre 2008 et reste le dernier ajout au complexe d'accélérateurs du CERN. Le LHC est constitué d'un anneau de 27 kilomètres d'aimants supraconducteurs et d'un certain nombre de structures d'accélération destinées à accroître l'énergie des particules tout au long du parcours.
Développée conjointement par des chercheurs de l'université de Dundee et du Science and Technology Facilities Council (STFC), la technologie LESS (Laser Engineered Surface Structures) élargit la gamme d'expériences possibles sur le LHC en aidant à éliminer ce que l'on appelle le "nuage d'électrons" : un nuage de particules négatives qui peut dégrader les performances des faisceaux de protons primaires qui circulent dans l'accélérateur.
Ce traitement de surface in situ doit être effectué dans des tuyaux relativement longs (jusqu'à 15 mètres) et étroits, ce qui signifie que la lumière laser doit être acheminée sur de longues distances dans un espace très limité. Pour le traitement in situ des aimants du LHC, l'accès aux écrans de faisceau est limité à une fente d'entrée de 15 cm de long créée par le démontage d'une partie de l'unité d'interconnexion amovible appelée module d'enfichage. En outre, le modèle de rainures choisi exige une grande précision dans le mouvement de la tête de traitement (10 micro-mètres). Toutes ces exigences ont conduit à la mise au point d'un matériel et d'un logiciel sophistiqués, à savoir la fibre optique avec le système d'acheminement du faisceau, le robot qui porte la fibre et effectue le traitement à l'intérieur de l'écran du faisceau et le système de contrôle qui gère l'ensemble du processus.
Coupe transversale de la surface traitée LESS
Vue de dessus de la surface traitée par LESS.
Voyez-le en action
Objectifs du projet
Le robot de traitement LESS est une nouvelle solution conçue et fabriquée par Waygate Technologies Robotics pour le traitement in situ des écrans de faisceau du LHC. Les dimensions du robot sont limitées longitudinalement par la fente d'entrée de l'interconnexion et par la forme de la section de l'écran de faisceau. Le robot se déplace le long de l'écran de faisceau selon le principe de la vis sans fin, au moyen d'un système de serrage à commande pneumatique. Le mouvement du robot le long de l'écran est dissocié du mouvement de la tête de traitement qui est effectué par un moteur électrique couplé à une vis d'entraînement de précision.
Pendant la structuration LESS, le robot reste rigidement fixé à l'écran et seule la tête de traitement rotative se déplace longitudinalement pour graver le motif en spirale dans l'écran.
Des essais ont montré qu'il est possible de reformuler la surface des métaux dans les chambres à vide du LHC selon un modèle qui, au microscope, ressemble au type de rembourrage sonore que l'on trouve dans les studios de musique. La surface peut piéger les électrons, ce qui permet aux chambres d'être exemptes de nuages. L'université de Dundee a déclaré que les premiers tests effectués au Super Proton Synchrotron, l'injecteur du LHC, ont montré que la méthode LESS est très efficace pour contrôler le rendement en électrons, les nuages d'électrons ayant été totalement éradiqués.
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