Fourniture de réfrigérateurs à dilution

Fourniture d’un réfrigérateur à dilution avec refroidissement pulse-tube, transport, livraison, installation, mise en service, formation et essais. Le système comprend notamment le cryostat, son système de gestion des gaz, le contrôle et la mesure de température, ainsi que les câblages spécifiés.

Performances et refroidissement

Le réfrigérateur doit atteindre une température minimale ≤ 10 mK, y compris avec le câblage installé et avec environ 100 A dans les amenées de courant de l’aimant. La puissance frigorifique minimale requise est de 12 µW à 20 mK et de 350 µW à 100 mK sans dégradation de la température minimale ; l’étage 4 K doit offrir au moins 2 W. Le temps de refroidissement de 300 K à la température de base avec l’aimant 14 T, sans mécanisme de chargement inférieur, est ≤ 45 heures. L’étanchéité au niveau du réfrigérateur doit être < 10⁻⁸ mb·l/s. Aucune étanchéité à l’indium n’est admise, sauf pour le circuit de mélange de l’unité de dilution. L’isolation galvanique entre le réfrigérateur, le système de gestion des gaz et le compresseur pulse-tube doit être complète, avec une résistance d’isolation > 1 GΩ.

Le refroidisseur pulse-tube de type Cryomech PT425-RM ou équivalent est privilégié. Il doit pouvoir fonctionner en mode économie d’énergie pendant la circulation ; la matrice de conformité indique une consommation < 10 kW en circulation.

Gestion des gaz et contrôle

Le système de gestion des gaz (GHS) doit comprendre des pompes et compresseurs sans huile, un piège LN₂ avec réservoir, ainsi que le pompage de l’enceinte à vide du réfrigérateur, incluant une pompe turbomoléculaire commandée par le GHS. En régime normal, aucun compresseur à membrane ne doit fonctionner ; s’il est utilisé pour la condensation, il doit être équipé d’un circuit de dérivation. Le GHS et le système de surveillance doivent assurer la récupération automatique du mélange en cas d’incident, notamment en cas de coupure électrique, d’obstruction d’une conduite d’entrée ou d’entrée d’air dans l’enceinte à vide.

Le GHS doit comporter un panneau manuel de commande des vannes et une interface logicielle de contrôle à distance. Il doit piloter les vannes nécessaires à l’exploitation normale, à l’exception de la vanne de sécurité de décharge du mélange et de la vanne de sécurité contre les surpressions. La pompe de circulation doit fonctionner sans maintenance requise pendant 5 ans. Le système est livré sans mélange ni hélium 3 : il peut être vide d’hélium ou contenir la quantité adéquate d’hélium 4 dans la cuve de récupération ; l’ajustement du mélange hélium 3/hélium 4 est effectué lors de l’installation.

Le système de surveillance doit enregistrer les temps de fonctionnement des composants nécessitant une maintenance et permettre leur consultation. Il doit proposer des procédures automatiques de refroidissement et de réchauffement, cette dernière incluant la récupération du mélange, et un manomètre doit permettre de contrôler l’enceinte à vide.

Mesure, câblages et interfaces

Le contrôleur de température doit pouvoir mesurer jusqu’à 10 mK. Le système comprend des thermomètres étalonnés aux niveaux MXC, plaque froide, plaque still, plaque 4 K et plaque 60 K, ainsi qu’au moins un chauffage au niveau MXC et un à la plaque still. Sont également demandés deux paires torsadées pour le câblage d’un thermomètre utilisateur jusqu’à la plaque de base et une paire torsadée pour un chauffage supplémentaire sur le porte-échantillon, raccordé au contrôleur fourni.

Le câblage continu comporte 48 lignes DC blindées de 300 K à la plaque 4 K, en deux faisceaux de 12 paires torsadées, avec une résistance par ligne < 30 Ω afin de limiter le bruit Johnson à < 0,7 nV/√Hz. Les 48 lignes entre 4 K et MXC sont également en deux faisceaux de 12 paires torsadées, à résistance aussi élevée que possible, avec fils en constantan, manganin ou, si disponibles, acier inoxydable émaillé. Des sorties thermalisées et connecteurs micro-D 25 broches avec capot métallique mis à la terre sont requis aux plaques 4 K et MXC. À température ambiante, les connecteurs hermétiques prévus sont Jaeger 52 contacts, référence 536 252 006, ou Pneurop DN50 52 contacts, référence 250 052 006 ; deux connecteurs Jaeger de 25 contacts peuvent être utilisés. Les connecteurs Fischer sont exclus et les connecteurs à température ambiante sont fournis par le client.

Le câblage coaxial comprend quatre lignes de 300 K à MXC, à faible conductivité thermique, de bande passante < 18 GHz, avec atténuateurs cryocompatibles, sorties de thermalisation et connecteurs SMA à chaque bride. Deux lignes coaxiales supplémentaires, non atténuées, desservent un amplificateur micro-onde basse température : câble SCuNi-CuNi ou équivalent de 300 K à 4 K, puis NbTi-NbTi de 4 K à MXC, avec bande passante < 18 GHz et connecteurs SMA. Les lignes ne doivent pas dégrader la température de base ; les valeurs des atténuateurs sont arrêtées lors de la validation des plans.

Le fournisseur remet un dessin d’implantation du système dans la salle expérimentale, les dimensions et masses des principaux éléments et les plans d’interfaces mécaniques. L’espace sous la plaque de base doit présenter un diamètre ≥ 230 mm et une hauteur ≥ 100 mm ; les interfaces comprennent au moins trois ports DN ≥ 25 et trois ports DN ≥ 50, dont au moins deux avec ligne de visée. La documentation d’interface détaille les dimensions, l’espace disponible à chaque étage et la fonction des ports à 300 K. Les lignes de service du GHS et du pulse-tube doivent permettre l’installation dans les deux salles. Le cryostat et sa structure support doivent tenir sur une emprise au sol de 2,5 m × 2,5 m dans une salle de hauteur sous plafond de 3,5 m. Le GHS est installé dans une salle située sous la salle expérimentale ; son accès est limité à 1,71 m et sa hauteur doit être ≤ 170 cm ou il doit pouvoir être basculé sur le côté. Le compresseur pulse-tube est placé au sous-sol, à environ 6 m de la vanne déportée.

Options et livrables

Les offres doivent présenter et chiffrer les PSE obligatoires : solénoïde supraconducteur 12 T, solénoïde supraconducteur 14 T, câblage continu et câblage coaxial. Chacun des deux solénoïdes doit atteindre au moins le champ spécifié à 4,2 K (≥ 12 T ou ≥ 14 T) avec un alésage ≥ 76 mm, et comprendre interrupteur persistant, protection de quench par diode, amenées de courant, traversées électriques et installation dans le réfrigérateur. Chaque option comprend aussi les écrans thermiques permettant l’utilisation du réfrigérateur sans aimant et une alimentation quatre quadrants de ± 120 A, ± 5 V, commande 16 bits. Si le réfrigérateur est installé avant livraison de l’aimant, celui-ci peut être installé et refroidi par le CNRS avant les essais sur site du fournisseur.

Les PSE facultatives sont un cadre de support renforcé, un système anti-vibrations avancé, la mise à niveau de la commande de l’alimentation de l’aimant à 20 bits et une unité de pompage auxiliaire. Le cadre de support et l’option anti-vibrations doivent être configurés selon les contraintes de la salle et la limitation des vibrations transmises ; les éléments, performances, plans et incidences sur la masse sont à décrire pour l’option anti-vibrations.

Les livrables comprennent les manuels d’utilisation et de dépannage, le plan de maintenance, les données d’étalonnage, les plans d’interfaces « as built », le rapport d’essais en usine, le protocole d’essais sur site, le rapport d’acceptation après essais et les documents requis, notamment certificats de conformité et d’étalonnage. La livraison est constatée par bon de livraison ; le transport et l’assurance sont à la charge du titulaire, le déchargement est effectué par le CNRS sous son contrôle et sa responsabilité. Les essais de vérification portent sur les caractéristiques prévues au marché et donnent lieu à un procès-verbal d’admission, d’ajournement, de réfaction ou de rejet.