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Fiche détaillée Thèses
Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II (16/12/2005), C. Santoni & B. Dehning (Dir.)
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Reliability of the beam loss monitors system for the Large Hadron Collider at CERN
G. Guaglio1

L'énergie stockée dans le Large Hadron Collider est sans précédent. La perte des particules du faisceau peut endommager gravement les aimants supraconducteurs, ayant pour résultat des temps significatifs d'arrêt pour la réparation. Le système des moniteurs de pertes du faisceau (en anglais: BLMS) détecte les gerbes de particules secondaires créées par les pertes faisceau et provoque l'extraction du faisceau avant que des dommages sérieux de l'équipement ne puissent se produire. Cette thèse définit les caractéristiques du BLMS en termes de la fiabilité. Le but principal est la conception d'un système réduisant au minimum soit la probabilité de ne pas détecter une perte dangereuse, soit le nombre de fausses alarmes produites. La théorie et les techniques de fiabilité utilisées sont décrites. La Prédiction de fiabilité, Analyse des Modes de Défaillance de leurs Effets et de leur Criticité (en anglais: FMECA), et l'Analyse par Arbre de Défaillance ont été employées pour fournir une évaluation de la probabilité d'endommager un aimant, du nombre de fausses alarmes et du nombre d'avertissements produits. Les composants les plus faibles dans le BLMS ont été précisés. Les chiffres de fiabilité du BLMS ont été calculés en utilisant un logiciel commercial (IsographTM). L'effet de la variation des paramètres sur les résultats obtenus a été évalué avec une Analyse de Sensibilité. Le modèle de fiabilité a été complété par les résultats des tests d'irradiation. Des améliorations de la conception du système, comme la transmission optique redondante, ont été mises en application grâce à un processus itératif. Le système proposé est conforme aux requêtes de fiabilité. Les incertitudes du modèle proviennent de la connaissance limitée des niveaux de seuils des aimants supraconducteurs et de la localisation des pertes autour de l'anneau. Le modèle mis en œuvre permet des modifications du système, suivant la mesure des taux de risque pendant la durée de vie du LHC. Il peut également fournir des valeurs de référence à d'autres accélérateurs qui mettront en application des technologies semblables.
1 :  LPC-CLERMONT - Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand
LHC – prédiction de fiabilité – faisceau de particules – arbre de défaillance – moniteurs des pertes de faisceau – FMECA – aimants supraconducteurs – analyse de sensibilité – sécurité – risque

The energy stored in the Large Hadron Collider is unprecedented. The impact of the beam particles can cause severe damage on the superconductive magnets, resulting in significant downtime for repairing. The Beam Loss Monitors System (BLMS) detects the secondary particles shower of the lost beam particles and initiates the extraction of the beam before any serious damage to the equipment can occur. This thesis defines the BLMS specifications in term of reliability. The main goal is the design of a system minimizing both the probability to not detect a dangerous loss and the number of false alarms generated. The reliability theory and techniques utilized are described. The prediction of the hazard rates, the testing procedures, the Failure Modes Effects and Criticalities Analysis and the Fault Tree Analysis have been used to provide an estimation of the probability to damage a magnet, of the number of false alarms and of the number of generated warnings. The weakest components in the BLMS have been pointed out. The reliability figures of the BLMS have been calculated using a commercial software package (Isograph™). The effect of the variation of the parameters on the obtained results has been evaluated with a sensitivity analysis. The reliability model has been extended by the results of radiation tests. Design improvements, like redundant optical transmission, have been implemented in an iterative process. The proposed system is compliant with the reliability requirements. The model uncertainties are given by the limited knowledge of the thresholds levels of the superconductive magnets and of the locations of the losses along the ring. The implemented model allows modifications of the system, following the measuring of the hazard rates during the LHC life. It can also provide reference numbers to other accelerators which will implement similar technologies.

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