Champs mégagauss
Au-delà de 100 T, même les aimants existants les plus puissants ne sont plus en mesure de résister aux forces magnétiques concomitantes. Cela ne signifie pas que les champs dits « mégagauss » ne peuvent pas être générés du tout…
À l’échelle de temps humaine, un aimant pulsé cédant à la contrainte de cerceau causée par le champ qu’il génère, explose littéralement. Cependant, pendant les premiers instants de cette explosion, des arcs électriques traversent les espaces naissants entre les fragments de conducteurs et le courant continue temporairement à circuler jusqu’à ce que la décharge soit complète ou qu’elle s’arrête progressivement. Dans le même temps, l’inertie empêche les fragments de prendre de la vitesse, ce qui les maintient près de leur position initiale. Pendant un très court laps de temps, le courant continue donc à circuler presque comme si l’aimant était encore intact. Ce phénomène est utilisé pour générer des champs transitoires bien au-delà de 100 T dans de simples bobines jetables qui sont détruites au cours du processus.
En fonction de leur taille, les bobines à simple tour (STC) produisent des champs de 100 à 300 T à l’échelle de la microseconde. Leur fonctionnement nécessite la conception de batteries de condensateurs rapides capables de générer et d’injecter des courants de plusieurs mégaampères à la vitesse nécessaire. En comparaison, la conception de la bobine elle-même est extrêmement simple. Le principal défi consiste à ajuster l’épaisseur de la bobine de manière à ce qu’elle commence à se dilater de manière significative juste après que le champ maximal a été atteint. De cette manière, les fragments sont projetés loin de l’alésage de la bobine, ce qui permet de conserver l’équipement expérimental au centre. Parfois qualifiée de semi-destructive, l’explosion vers l’extérieur fait du STC une solution économique et polyvalente pour les expériences entre 100 et 200 T nécessitant plus qu’un seul tir.
Pour utiliser le STC dans le cadre d’expériences scientifiques, il faut faire face aux différentes conséquences de la courte durée d’impulsion. Grâce aux immenses progrès de l’électronique rapide, la vitesse d’acquisition des données ne représente plus une limitation à cet égard. Cependant, l’utilisation inévitable de dispositifs de décharge de gaz dans les générateurs Megagauss donne lieu à des perturbations électromagnétiques transitoires (TED) dont l’effet sur les mesures sensibles doit être contrôlé à l’aide de techniques de filtrage et de filtrage avancées. En outre, le champ magnétique qui change rapidement induit des tensions dans toute boucle conductrice qui y est exposée. Cet effet est utilisé pour surveiller le champ à l’aide de minuscules bobines de captation, mais doit être évité dans les autres cas.
Le LNCMI exploite l’une des deux installations Megagauss actuellement actives pour des applications scientifiques, où des expériences sont régulièrement menées jusqu’à 150 T. Un partenariat étroit est maintenu avec l’autre acteur actif dans le même domaine, l’International Megagauss Science Laboratory (IMGSL) de l’Université de Tokyo à Kashiwa, au Japon.
Des bains d’hélium et des cryostats à flux couvrant des températures allant de 4,2 à 300 K sont disponibles pour toutes les expériences.
Les mesures de magnétisation sont effectuées à l’aide de bobines compensées. Les échantillons ont généralement un diamètre de 1 mm et sont légèrement allongés. Les matériaux conducteurs sont de préférence mesurés sous forme de poudres dans une matrice époxy afin de limiter l’effet des courants de Foucault.
L’absorption optique et la rotation de Faraday peuvent être mesurées à l’aide de différents types de sources monochromatiques dans le visible, le proche infrarouge et l’infrarouge moyen. Les expériences sont normalement réalisées à l’aide d’un dispositif de transmission en configuration Faraday. Dans le visible et le proche infrarouge, les échantillons doivent être suffisamment grands pour couvrir l’extrémité d’une fibre optique de 0,1 à 0,4 mm de diamètre et ne pas dépasser 1 mm d’épaisseur. Les mesures dans l’infrarouge moyen sont effectuées avec un faisceau libre nécessitant des échantillons d’au moins 0,5 mm de diamètre. Pour s’adapter aux cryostats existants, aucun échantillon ne doit dépasser 2,5 mm de diamètre.
Une nouvelle expérience révolutionnaire pour les mesures de transport électrique est en phase finale de développement et sera bientôt disponible.
