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El primer imán de serie del imán MCBXF supera con éxito los ensayos en el CERN

El primer imán de serie del imán MCBXF supera con éxito los ensayos en el CERN 

18/10/2021

Instrumentación científica y física médica

El pasado mes de agosto finalizaron satisfactoriamente los ensayos eléctricos y magnéticos a 2 K del tercer prototipo del imán MCBXF (imanes superconductores diplolares anidados) en las instalaciones de ensayos criogénicos del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), en Ginebra. Este hito supone el cumplimiento pleno de los requisitos que fueron asignados a dicho imán.  Este imán se engloba en el proyecto PRISMAC (Programa de Imanes Superconductores de Muy Alto Campo), un acuerdo entre CIEMAT, CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial) y CERN que permite dotar a la industria española de las infraestructuras y el know-how necesario para los próximos desafíos en materia de imanes superconductores.

El MCBXF está incluido en las actualizaciones de HiLumi, un proyecto que pretende aumentar en diez veces la luminosidad del LHC (Gran Colisionador de Hadrones) en los próximos años. El imán se encarga de la corrección de órbita del haz de partículas, justo al lado de los experimentosATLAS (Aparato Toroidal del LHC) y CMS (Solenoide Compacto de Muones), para conseguir un posicionamiento adecuado de los haces y permitir su correcta colisión. Para ello, el imán cuenta con dos dipolos anidados que se encargan de proporcionar correspondientemente las componentes horizontal y vertical del campo magnético necesario en cada momento. Esta configuración lleva al límite la tecnología de las bobinas, que están fabricadas con cable superconductor de NbTi (Niobio-Titanio). En conjunto el imán mide 1,5 m de longitud, pesa algo más de 3 toneladas y proporciona un campo integrado de 2,5 Tm.

En los dos prototipos anteriores se validó la robustez de cada uno de los dipolos energizados individualmente. Sin embargo, al energizar ambos conjuntamente, el enorme par que intenta alinear los dos dipolos conseguía deformar las bobinas y causar su transición a estado resistivo, fenómeno llamado quench. Es importante recordar que el par nominal alcanza los 147 kNm por metro de longitud del imán, equivalente al de 140 motores eléctricos como los que equipan al Porsche Taycan Turbo S. Pese a que a nivel operativo esta propuesta podría ya considerarse funcional, en los ensayos no se alcanzaron los valores nominales de las especificaciones. Para intentar cumplir la totalidad de los requisitos, se ha realizado un pequeño ajuste en el diseño de las bobinas, que se ha implementado en este primer imán de la serie.

Tras un año de rediseño, cálculo y posteriormente fabricación de nuevo utillaje, bobinas y resto de componentes, el imán fue ensamblado en las instalaciones del CERN en Ginebra y preparado para ser ensayado durante los meses de junio y julio pasados.

En cuanto al ensayo en frío, este imán ha necesitado una fase de entrenamiento mucho más corta que los anteriores. Ha conseguido completar ciclos de inversión de par, demostrado crítico en los anteriores prototipos. Ha alcanzado corrientes nominales combinadas en ambos dipolos y pasar por los diferentes puntos extremos de operación, todo sin transitar a fase resistiva. Con estos magníficos resultados, el diseño ha sido validado.

El siguiente paso en CIEMAT será la fabricación del segundo tipo de imán de la familia MCBXF, un imán que amplía en 1 m su sección recta para llegar a los 2,5 m, 5 toneladas y 4,5 Tm. En paralelo, ha arrancado ya en la industria española Elytt Energy la fabricación en serie de los 17 imanes adicionales MCBXF que serán instalados durante la siguiente parada del LHC en 2025.

Numerosas empresas nacionales han participado en la fabricación tanto de componentes del imán como de utillaje, aumentando sus capacidades y conocimientos acerca de la tecnología de imanes superconductores: Egile, Inecfi, Teknicalde, Vacuum Projects, GAZC, Ramem, Finitec, Bronymec, Apteca, Jucar Utillajes, FOCS, Aratz y APM.

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