Thèse : Etude des phénomènes d'avalanche thermique dans les bobinages REBCO (H/F)

Sujet de thèse :
Les matériaux supraconducteurs haute température critique (hTc), en particulier à base de REBCO, permettent la réalisation d’aimants tout supraconducteur à champ magnétiques très intense. Le développement d’aimants de 20 T ou plus est un enjeu majeur pour la physique (RMN, physique des hautes énergies) mais aussi pour la réalisation de Tokamaks compacts, devenus très attractifs ces dernières années.
La mise en œuvre des matériaux supraconducteurs hTc REBCO pour la réalisation d’aimants à forte densité d’énergie soulèvent plusieurs défis scientifiques et techniques, en particulier en ce qui concerne la prévention contre les conséquences d’une perte de l’état non dissipatif, et notamment du risque d’avalanche thermique (appelé communément quench). Des solutions existent, comme celle consistant à enlever l’isolation entre tours pour homogénéiser la dissipation et ainsi diminuer la température maximale. Une autre solution vise la détection précoce des signes avant-coureurs de quench par une mesure très sensible de la tension aux bornes de la bobine : c’est la solution développée en collaboration par le G2Elab et l’Institut Néel depuis plusieurs années. Dans tous les cas, le recul manque sur l’efficacité de ces méthodes car peu de prototypes sont fonctionnels, en particulier en ce qui concerne les aimants à courant de fonctionnement élevé et mettant en œuvre des conducteurs formés de plusieurs rubans REBCO en parallèle. Il apparaît donc nécessaire de développer des capacités d’étude expérimentale et numérique des dynamiques de quench dans des conducteurs et des bobinages élémentaires REBCO, adaptée à leurs spécificités : large plage de température de fonctionnement (4 K – 77 K) et courant élevés, jusqu’à plusieurs kA dans un premier temps et plusieurs dizaines de kA dans un second temps.
L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement de ces moyens, notamment le contexte du PEPR SupraFusion. Pour la partie expérimentale, le travail de thèse s’appuiera tout d’abord sur un cryostat de test dans la gamme du kA dont le montage est en cours. Le doctorant prendra en charge la mise au point, et disposera ensuite de cet outil tout au long de la thèse. Ce premier moyen de test permettra d’obtenir des données précieuses sur les dynamiques de quench dans des modèles de bobinage mettant en œuvre quelques rubans, tels que ceux envisagés notamment pour les projets d’aimants fort champs. A ce moyen de tests sera associé le développement d’une instrumentation sensible pour la détection précoce de dissipation / quench, par mesure de tension dans un premier temps mais, d’autres approches pourront également être envisagées (radiofréquence, fibre optique, etc.). Ces développements seront menés par le doctorant en collaboration avec le CEA et d’autres équipes internationales partenaires (Tohoku Univ., Polytechnique Montréal).
En parallèle de ces travaux expérimentaux, le doctorant sera ame
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