Modélisation avancée des architectures de refroidissement et de la distribution des cryogènes pour les grandes infrastructures de recherche

par Jakub Tkaczuk

Projet de thèse en Physique appliquee

Sous la direction de Nicolas Luchier.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Service des Basses Températures (laboratoire) depuis le 18-04-2018 .


  • Résumé

    Des systèmes de réfrigération cryogénique à grande échelle optimisés et fiables sont nécessaires pour le refroidissement des supraconducteurs, l'écrantage thermique et le pompage sous vide de la prochaine génération d'instruments de physique des particules à haute énergie et de réacteurs de fusion. Les technologies de réfrigération innovantes, telles que les cycles turbo-Brayton à haute efficacité, sont étudiés dans le cadre de la chaîne de refroidissement des grands systèmes cryogéniques. L'un des défis est le besoin de réfrigération sur un grand écart de température (au moins 20-65 K et 100-200 K), ce qui impose l'utilisation de réfrigérants mixtes. Il manque des données sur la physique du mélange pour pouvoir modéliser de tels dispositifs. Un ensemble de mesures de différents mélanges (en particulier le mélange hélium-néon à basse température) devrait fournir suffisamment d'informations pour pouvoir proposer un modèle de ce sous-système. Les équations d'état pour les mélanges d'hélium-néon, hélium-argon et néon-argon ont été développés et ils peuvent être inclus dans nouvel outil développé par CEA-SBT – SimCryogenics.

  • Titre traduit

    Advanced modelling of cooling architectures and cryogen distribution for large scale research infrastructures


  • Résumé

    Optimized and reliable large-scale cryogenic refrigeration systems are required for superconducting devices cooling, thermal shielding and ultra-high vacuum pumping of the next generation of high-energy particle physics instruments and fusion reactors. Innovative refrigeration technologies such as high-efficiency turbo-Brayton cycles are under consideration as part of the cooling chain of large-scale cryogenic systems. One of the challenges is the need for refrigeration over a broad temperature range (at least 20-65 K as well as 100- 200 K), which imposes the use of mixed refrigerants. To be able to model such devices some data on the physics of mixing is missing. A set of measurements of different mixings (in particular low temperature Helium-Neon mixing) should provide enough information to be able to come up with a model for this sub-system. The equations of state for the cryogenic mixtures of helium-neon, neon-argon and helium-argon were studied in details and developed, and can be implemented into libraries for the new tool developed by CEA-SBT - SimCryogenics.