Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Aux basses températures de la cryogénie, la mesure des grandeurs physiques est délicate à maîtriser. Les techniques de mesures sont souvent dérivés des techniques utilisées à température ambiante. Toutefois, certaines sont spécifiques à ces basses températures, en utilisant des propriétés physiques, comme la supraconductivité, qui n'existent pas à température ambiante. Cet article présente les techniques de mesure de grandeurs fondamentales comme l'aimantation et les propriétés thermodynamiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Frédéric AYELA : Maître de Conférence, Université Joseph Fourier, Grenoble
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Patrick DECOOL : Ingénieur, Service Tokomak, Exploitation et Pilotage, Commissariat à l’Énergie Atomique, CEN Cadarache
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Jean-Luc DUCHATEAU : Ingénieur, Service Tokomak, Exploitation et Pilotage, Commissariat à l’Énergie Atomique, CEN Cadarache
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Philippe GANDIT : Chargé de Recherche, CNRS, Centre de Recherche sur les Très Basses Températures (CRTBT), Grenoble
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François KIRCHER : Adjoint au Chef du Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme, Commissariat à l’Énergie Atomique, CEN Saclay
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André SULPICE : Chargé de Recherche, CNRS, Centre de Recherche sur les Très Basses Températures (CRTBT), Grenoble
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Louis ZANI : Ingénieur, Service Tokomak, Exploitation et Pilotage, Commissariat à l’Énergie Atomique, CEN Cadarache
INTRODUCTION
Atteindre une température cryogénique n’est plus un problème ; cependant, d’une manière générale, les mesures dans cet environnement restent délicates à maîtriser. En effet si, à température ambiante, un wattheure vaporise 1,6 centimètre cube d’eau, il vaporise 1000 fois plus d’hélium liquide à 4.2 kelvin. Les puissances qui sont mises en jeu sont donc beaucoup plus faibles, ce qui peut avoir des conséquences importantes. Ainsi, le rayonnement haute fréquence qui nous entoure (ondes radio, téléphonie sans fil), qui en principe perturbe peu les mesures à température ambiante, peut devenir catastrophique à très basse température.
Dans cet article, nous allons décrire différentes techniques de mesures à basse température. Le lecteur pourra se reporter aux articles « Cryogénie » de l’ouvrage Génie énergétique pour la production des températures cryogéniques et leur mise en œuvre ainsi que pour les propriétés physiques aux basses températures.
La plupart des techniques de mesures sont en fait dérivées des mesures à température ambiante. Cependant certaines d’entre elles sont spécifiques aux très basses températures, car elles mettent en jeu des propriétés physiques, comme la supraconductivité, qui n’existent aujourd’hui qu’à très basse température.
Nous développerons, dans cet article, le principe de mesure de grandeurs fondamentales comme l’aimantation et les propriétés thermodynamiques des corps aux basses températures. Enfin quelques aspects de la supraconductivité, comme les mesures de courant critique et l’application des SQUIDs, seront abordés.
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Électronique aux températures cryogéniques2. Mesures en supraconductivité
Dans le domaine de la supraconductivité, les mesures jouent un rôle très important. Ces mesures, par leur environnement même, les très basses températures, sont des mesures difficiles. Il est aisé de se tromper et d’appliquer une méthode inadaptée qui paraît pourtant s’imposer de manière évidente.
Ces mesures interviennent dans la recherche et le développement de nouveaux conducteurs ou dans la conception de nouveaux aimants. Elles jouent aussi maintenant un rôle important en fabrication, alors que la production annuelle de brins au NbTi se chiffre par centaines de tonnes. Les fabricants sont tenus par exemple contractuellement de fournir le courant critique et le RRR de chaque billette fabriquée dans le cadre de leurs documents d’assurance qualité. Les valeurs obtenues doivent respecter les spécifications établies lors de la commande sous peine d’entraîner le rejet de la bobine concernée. Les prélèvements doivent refléter les qualités de toute la longueur et les extrémités de billettes doivent être éliminées.
Les mesures effectuées dans le cadre de la supraconductivité sont nombreuses et variées et il est impossible de les traiter toutes ici. On se concentrera donc sur les mesures de courant critique, de rapport de résistivité entre la température ambiante et une température autour de 10 K (RRR), de pertes et les mesures à température variable.
2.1 Courant critique à 4,2 K
Cette mesure est d’un grand intérêt pratique. Nous allons décrire ici la mesure classique du courant critique d’un composite multifilamentaire de typiquement 1 mm de diamètre, ce qui correspond aux applications pour la fusion magnétique et la physique des accélérateurs.
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C’est le cas le plus simple car le brin ne nécessite pas de traitement thermique. L’échantillon va être testé en champ magnétique perpendiculaire au brin, ce qui correspond à la situation la plus classique dans les aimants.
La mesure en échantillon court sur un échantillon où la longueur active perpendiculaire au champ ne fait que quelques centimètres, n’est plus pratiquée, en raison de son manque de précision. Dans ce type d’échantillon, de plus,...
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Mesures en supraconductivité
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CLARK (W.G.), MOORE (J.M.), WONG (W.H.) - Multiple Coil Pulsed Magnetic Resonance Method for Measuring Cold SSC Dipole Magnet Field Quality. - Proc. of the 2nd international Industrial Symposium on the Supercollider, p. 405-414, Plenum Press, New York (1990).
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(3) - KVITKOVIC (J.), POLAK (M.) - Cryogenic Microsize Hall Sensors. - European Conference on Applied Superconductivity, p. 1629-1632, DGM Verlag, Oberursel, Allemagne (1993).
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(4) - SULLIVAN (P.F.), SEIDEL (G.) - Steady- State, ac-Temperature Calorimetry. - Phys. Rev., vol. 173, p. 679 (1968).
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(5) - LU (L.) et al - 3 omega method for specific heat and thermal conductivity measurements. - Review of Scientific Instruments, 72, p. 2996-3003 (2001).
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