Cryogénie

Du bobinage au millikelvin : conception, réalisation et mise au point de dispositifs cryogéniques originaux à l’Institut Néel

Cryogénie

Organisation Étude et conception Mécanique Chaudronnerie, montage, test Bobinages supraconducteurs Organisation

Moyens techniques News Events Publications Personnel

Tout le personnel Permanents Étudiants & Post-docs

Introduction

Le pôle de cryogénie réalise toutes sortes de dispositifs cryogéniques originaux allant de la canne ⁴He jusqu’aux systèmes à dilution les plus complexes en passant par les dispositifs ³He. D’une manière générale chaque prototype réalisé répond à une ou plusieurs problématiques particulières liées à un travail de recherche..

Nous développons aussi une activité axée sur le dimensionnement et la réalisation de bobines supraconductrices (LTC et HTC) sur-mesure. Ces bobines sont dédiées à la recherche fondamentale mais peuvent être aussi réalisées dans le cadre de projets de recherche plus appliqués notamment sur les systèmes cryo-électrotechniques (limiteur de courant – moteur- transformateur- SMES).

Nous organisons chaque années des formations en cryogénie (les fondamentaux, niveau avancé, Video_stage_cryo_neel) et techniques de soudure TIG.

Organisation

Le pôle de cryogénie du département MCBT intervient dans de nombreuses expériences développées à l’institut NEEL et prend part à des projets extérieurs . Il a pour mission de satisfaire les demandes d’appareillages des expérimentateurs, des plus simples aux plus complexes. Le pôle se charge donc de l’étude, de la conception, de la réalisation et de l’installation sur site de montages divers et variés, dont une grande partie est destinée aux études à basse température (insert à température variable, canne He3 cannes He4, dilution, sionludi…). Il effectue également, le câblage, les liaisons aux réseaux, la mise en froid, les essais, la caractérisation des appareils qu’il construit. Ce pôle rassemble donc des compétences en étude et conception, en mécanique, en chaudronnerie et montage. Il réalise aussi des bobinages résistifs ou supraconducteurs selon des cahiers des charges spécifiques pour les expériences en champ magnétique. Il intervient dans le cadre de la formation permanente du CNRS, en proposant un stage d’initiation à la soudure, et aussi des stages de cryogénie d’une semaine de niveau ingénieur et technicien. Parallèlement, Les ITA du pôle suivent régulièrement des stages (FAO, DAO, instrumentation, techniques cryogéniques, langues).

Composé actuellement de seize personnes, l’organisation du pôle se divise en quatre secteurs d’activités dont les compétences se croisent, se complètent et s’enrichissent mutuellement :Cryostat tournant pour l’étude de la turbulence dans l’hélium superfluide

Étude et conception

Le pôle est impliqué dans le développement et la conception d’appareillages cryogéniques innovants. Pour cela nous travaillons sous le logiciel CAO 3D CATIA.

Le pôle est a même de mener des études complexes en trois dimensions. Il gère la sous-traitance, les commandes de matériel et la documentation. Ses membres suivent régulièrement des stages de perfectionnement (DAO, FAO).

Mécanique

Grâce à un parc de machines traditionnelles et, depuis quelques années, d’un centre d’usinage à commandes numériques, il réalise des pièces pour le dépannage quotidien mais aussi des ensembles de pièces d’une très grande complexité issues notamment du bureau d’Étude et Conception.

Mots clés : Centre d’usinage CN, Machines-outils traditionnels, salle machines-outils « libre service », FAO.

Chaudronnerie, montage, test

Il monte et assemble les appareils du laboratoire, dont une grande partie est destinée aux très basses températures, d’où la nécessité de maîtriser parfaitement de nombreuses techniques : soudure sous gaz neutres et brasures, vide et ultra vide, détection de fuites, etc. Il assure la maintenance de six détecteurs de fuites, d’un parc important de pompes et de matériels pour le vide.

Mots clés : Assemblage, brasure, soudure TIG, spectro hélium, fritté argent, mise au point, tests.


Instrument Kiss ; Caméra millimétrique, détecteurs à inductance Cinétique (KIDS) ; Dilution « sèche » 100 mK	³He Continu (450 mk)	Dilution « sèche » pour expériences neutrons

Bobinages supraconducteurs

L’atelier de bobinages réalise les aimants résistifs et supraconducteurs présents dans les dispositifs, adaptés aux caractéristiques désirées (géométrie, champ magnétique, homogénéité…). Les caractéristiques des bobines sont calculées au sein du pôle et un ensemble de techniques spécifiques sont mis en œuvre dans la réalisation de ces bobines : magnétoformage, imprégnation, interrupteur supraconducteur, assemblage…Il gère les stocks de colles et de résines, de fils (cuivre, supra), de Mylar, de matériaux composites (tubes plaques).

Le pôle détient dans le domaine de la réalisation de bobines supraconductrices une compétence unique en France.

Mots clés: Magnétoformage, cryostats de test, sonde de Hall, imprégnation, matériaux composites Interrupteur supraconducteur, résistance de protection, assemblage, isolation


Solénoïde 1.5T / 52A – fil Ø 0.44 NbTi	bobine NbTI 2T pour désaimantation adiabatique, blindage magnétique	bobine de champ NbTi 8T / 90A

NbTi Solénoïde + Helmholtz coils 5,5 & 2,7 T @ 100A		HTC Superconducting windings

Organisation

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Moyens techniques

6 postes informatiques CAO équipés avec le logiciel Catia
6 spectromètres de masse (⁴He, ³He, H₂ pour certain), pour la détection des fuites
Pompes et matériels pour le vide,


Une salle dite « Fritté » destinée à la réalisation de frittés (Ag), banc mesure surface spécifique BET, four argon hydrogéné, presse.	Une salle dite « acide » destinée aux nettoyages et traitements superficiels de pièces métalliques (dorure – argenture), nettoyage et mesure impédances.


Un parc machines outils traditionnelles (tours, fraiseuses, perceuses à colonne)	Un centre d’usinage numérique permettant de faire entre autre de la FAO à partir de CATIA


Des postes de brasage et une salle soudure TIG	Une salle de montage, test et mise au point

Un ensemble de machine pour la chaudronnerie (rouleuses, grignoteuse, laminoirs, étuves, presses)

Des stocks capillaires, tubes fins, colles, fils cuivre, Indium, matériels de vide (raccords, vannes, manomètres, flexibles, etc…)
Un appareil de magnétoformage


3 cryostats instrumentés dédiés aux tests des bobines supraconductrices que nous réalisons (refroidissement à 4K dans un bain d’ hélium liquide ou par conduction sous vide)	Une bobineuse numérique et une mini-bobineuse pour la réalisation des bobines supraconductrices, imprégnation sous vide