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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Mesures en supraconductivité1. Mesures physiques
1.1 Champ magnétique
Les mesures de champ magnétique concernant les aimants supraconducteurs dans la gamme 1,8 à 4,5 K peuvent être réalisés de deux manières différentes :
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soit le capteur de mesure est à une température proche de la température ambiante, ce qui nécessite un écran thermique entre le capteur et l’aimant à mesurer ;
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soit le capteur de mesure est à la même température que l’aimant à mesurer ; il peut donc se trouver au plus près des sources de champ magnétique, ce qui est favorable à la précision de la mesure.
Malgré le gain en précision potentiel qu’apporte la seconde catégorie de méthode, sa mise en œuvre beaucoup plus délicate a limité son utilisation. Nous en décrirons cependant trois types.
HAUT DE PAGE1.1.1 Mesures par résonance magnétique nucléaire
La problématique de l’utilisation de la RMN à très basse température est détaillée dans . Le problème essentiel est de disposer de matériaux soit liquides, soit solides, qui aient un rapport gyromagnétique nucléaire élevé.
Pratiquement, deux types de sondes ont été utilisées pour des mesures en laboratoire, utilisant la résonance du noyau 3He sous forme liquide (rapport gyromagnétique α = 32,434 MHz/T) et celle du noyau 27Al sous forme de poudre (α = 11,094 MHz/T).
Deux systèmes utilisant de telles sondes, l’un constitué de 8 sondes, l’autre de 32 sondes, ont été développés pour réaliser l’analyse harmonique de prototypes de dipôles supraconducteurs pour le projet d’accélérateur SSC (Superconducting Super Collider).
Pratiquement, les sondes...
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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).
-
(2) - GREEN (M.I.) et al - Design, Fabrication and Calibration of a Cryogenic Search Coil Array for Harmonic Analysis of Quadrupole Magnets. - IEEE Trans. on Mag, vol. 24, no 2, p. 954-957, march 1988.
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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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