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Thèse - Tara BENKEL - Grenoble INP - G2Elab

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UMR 5269
 
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Publié le 8 janvier 2018
 
Date de l'évènement : 16 février 2018
10h
Contribution à la conception et réalisation d’un insert supraconducteur haute température critique pour l’obtention de champ magnétique intense (Contribution to the design and realization of a HTS insert to obtain high magnetic field)
 
Jury :
M. Arnaud BADEL
Chargé de recherche, CNRS, Co-encadrant
M. Eric BEAUGNON
Professeur UGA, Examinateur
M. Marco BRESCHI
Professeur, Université de Bologne, Italie, Rapporteur
M. Xavier CHAUD
Ingénieur de recherche, CNRS, Co-encadrant
M. Bernhard HOLZAPFEL
Directeur IMS, Institut Technologique de Karlsruhe (KIT), Allemagne, Rapporteur
M. Pascal TIXADOR
Professeur Grenoble-INP, Directeur de thèse

M. Pierre VEDRINE
Ingénieur docteur, chef du département DACM, CEA Saclay, Examinateur

Résumé :
Les récents progrès des supraconducteurs à haute température critique (SHTC) rendent ces matériaux très prometteurs pour les applications de grande envergure. Ils montrent des propriétés stupéfiantes, particulièrement à très basse température où ils sont capables de transporter des courants extrêmement élevés. Les SHTC sont donc à présent au cœur de nombreux projets pour bâtir une nouvelle génération d’aimants produisant des champs magnétiques intenses.
Ce travail de thèse est mené dans le cadre du projet NOUGAT (NOUvelle Génération d’Aimant pour générer des Tesla à bas coût) dont l’objectif est la conception d’un insert générant 10 T à l’intérieur d’un aimant de 20 T. Malgré leurs remarquables propriétés, les conducteurs SHTC montrent d’importantes inhomogénéités de performance ce qui, ajouté à leur forte capacité calorifique, peut provoquer des échauffements très localisés. La transition locale du matériau vers un état dissipatif est difficile à détecter notamment à cause de la lente propagation de l’évènement ce qui rend difficile l’implémentation d’un système robuste de détection/protection.
L’insert sera également soumis à des forces mécaniques colossales et ses extrémités à un champ transverse non négligeable. Les SHTC présentant des propriétés fortement anisotropiques, il devient primordial de caractériser ces conducteurs sous haut champ et à basse température, dans des conditions similaires à celles du fonctionnement final du prototype d’insert. Plusieurs échantillons bobinés semblables aux modules de l’insert final seront ensuite présentés permettant l’étude de leurs comportements électrique, mécanique et de mettre en avant les problèmes de couplage dus à la présence d’un aimant extérieur. Les résultats expérimentaux sont comparés aux calculs préliminaires ainsi qu’aux simulations de modèle. Un protocole expérimental est également proposé pour évaluer les performances d’une bobine sans risque et donc de permettre la détection d’une transition du conducteur à un état dissipatif.

 
Summary :

Recent improvements in High Temperature Superconductors (HTS) make them promising for large-scale applications. They show astonishing properties, especially at very low temperature where they are able to carry high amount of current. Hence, HTS are now placed at the heart of numerous projects for building the next generation of high field magnets.
This work is conducted in the NOUGAT (NOUvelle Génération d’Aimant pour générer des Tesla à bas coût) project, which intends to design and build a 10 T HTS insert working in a 20 T background field. Despite their outstanding properties, HTS conductors show strong inhomogeneities in their performance along their length. This, together with to their high heat capacity can be at the origin of local hot spots. The transition to a dissipative state on this local area is then difficult to detect, due to its low propagation. This makes it difficult to implement a reliable detection/protection system.
The insert will also have to face strong mechanical forces and its edges will be subjected to a not negligible transverse field. As HTS show anisotropic properties, the characterization of these conductors is required under similar conditions as the final insert prototype, which means under high field at very low temperature. Several small magnets will be presented along with the study of their mechanical and magnetic behaviours. They also underline the coupling issues while working in an outer bigger magnet. Experimental results are compared to preliminary calculations and modelling results. An experimental protocol to safely evaluate coil performance margins is also proposed and tested to allow the detection of the conductor transition to a dissipative state.
 
Lieu :
Vendredi 16 février 2018 à 10h
Amphithéâtre Bergès
G2Elab
site GreEn-ER
21 avenue des Martyrs
38000 Grenoble

Accès Tram B, arrêt CEA-Cambridge
ou Bus Transisère, arrêt CEA-Cambridge (Express 1 et 2)
 
 
G2ELAB
Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble
Bâtiment GreEn-ER, 21 avenue des martyrs, CS 90624, 38031 Grenoble CEDEX 1, FRANCE

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