Structuration de surface par laser dans l’environnement des accélérateurs de particules : relation entre topographie superficielle, adhésion des particules et compatibilité aux applications ultravide

par Lucie Baudin

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Alain Thorel.

Le président du jury était Isabel Montero Herrero.

Le jury était composé de Alain Thorel, Stéphane Valette, Cédric Garion, Francesco Delloro.

Les rapporteurs étaient Michel Boustie, André Anders.


  • Résumé

    La structuration laser des surfaces a été développée au CERN pour le traitement des parois internes de l’enceinte à vide où circulent les protons. Le balayage de la surface par le faisceau laser creuse des sillons en ablatant le cuivre dont une partie est redéposée sur la surface sous la forme d’agrégats de particules. Cette rugosité à deux échelles absorbe efficacement les électrons, mais l’impact sur les autres fonctionnalités de la machine doit être vérifié. Pendant son opération, la surface est soumise à des forces électromagnétiques et des variations de température qui pourraient l’endommager. Deux méthodes d’extraction de particules, chocs laser et centrifugation, ont été déployées pour tester l’adhésion des particules en laboratoire. Bien qu’il ait été constaté que la surface préserverait ses propriétés, le détachement de particules, suite aux sollicitations mécaniques ou au traitement in-situ, est une question ouverte qui devrait motiver le choix de paramètres de traitement alternatifs ou d’une stratégie de nettoyage.

  • Titre traduit

    Laser treated surfaces in particle accelerators : relation between superficial topography, particle adhesion and compatibility for ultra-high vacuum applications


  • Résumé

    Laser-assisted surface structuration was developed at CERN for the treatment of the inside wall of the vacuum system. Grooves were created by material ablation while the laser scanned the surface. A part of this material was redeposed as particle aggregates. This two-scale rugosity efficiently trap electrons. The effects on other surface functionalities had to be assessed. During its operation, the surface is submitted to electro-mechanical forces and cooling cycles which might deteriorate its performances. Two extraction techniques have been developed - laser-shocks and centrifugation - to assess particle adhesion. Although the surface properties are not detrimentally degraded, massive particle detachment during operation or during the treatment itself is an issue that should motivate the choice of alternative treatment parameters or of a cleaning strategy.


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