Production d’hélium3

 

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MATERIELS :

  • NI PXI-1042 (Châssis PXI 8 emplacements)
  • NI PXIe-8102 (Contrôleur embarqué)
  • NI PXI-6229 (4 sorties analogiques/48 E/S Numériques)
  • NI PXI-6239 (2 sorties analogiques 0-20mA/ 6 entrées numériques / 4 sorties numériques)
  • NI PXI-6514 (32 entrées analogiques +/- 30Vcc / 32 sorties analogiques +/- 30Vcc)

LOGICIELS :

  • NI LabVIEW
  • NI LabVIEW Real-Time
  • Toolkit NI CanOpen
  • Toolkit ModBus over TCP
  • Toolkit SmartSQL for SQLite 

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L'objectif :

Réaliser le pilotage et la surveillance d'un nouveau système de production d'hélium3 polarisé, plus performant que le système existant en termes de taux de polarisation et de débit de la station. Avec des contraintes fortes : robustesse (fonctionnement 24 H/24) et déterminisme.

La solution :

Utiliser la plate-forme PXI avec LabVIEW Real-Time pour piloter les vannes, acquérir et générer les signaux analogiques et numériques, gérer le déplacement du vérin, à l'aide des Toolkits NI CANopen, ModBusVIEW over TCP et SmartSQLVIEW for SQLite. L'application de supervision a été réalisée par programmation objet par une équipe de développeurs rodée aux architectures logicielles complexes.

 

 

"L'utilisation de la programmation orientée objet a permis d'obtenir un code de qualité, à la fois maintenable et évolutif. "

 

 

Afin d'étudier les propriétés magnétiques de la matière, les scientifiques ont besoin de polariser des faisceaux de neutrons grâce à de l'hélium3 polarisé. Celui-ci était jusqu'à maintenant produit sur le site de l'ILL (Institut Laue-Langevin) à Grenoble pour les chercheurs du monde entier.

Le nouveau système FLYNN permet d'améliorer les performances par rapport au système existant en augmentant le débit de la station (1 bar.litre/heure) et le taux de polarisation final obtenu dans les cellules (>70 %). Ce système sera prochainement installé en Australie et en Angleterre.

Le principe de la polarisation

De l'hélium3 ultra pur est stocké dans des réservoirs à pression atmosphérique. Il est ensuite détendu dans six cellules de pompage optique à la pression désirée (0,5 à 1,2 mbar). Trois lasers à fibre polarisés circulairement permettent de polariser l'hélium3 dans les cellules par pompage optique. L'hélium3 polarisé est ensuite comprimé sans perte de polarisation dans des containers au moyen d'un compresseur à piston, spécialement développé par l'ILL pour cette application.

Des bobines entourant le banc génèrent un champ magnétique de 10 Gauss avec une homogénéité relative de champ magnétique de l'ordre de 10-4 cm-1 dans un volume de 60 cm de diamètre sur 1,2 m de haut. Cette homogénéité est nécessaire à la polarisation de l'hélium3 et à la conservation de cette polarisation dans les composants du banc dans lesquels circule l'hélium3 polarisé.

Une instrumentation PXI pour répondre aux contraintes temps réel et de robustesse

Le système effectue en continu l'acquisition d'une quinzaine de voies analogiques (pression, polarimètre, débitmètre) et d'une dizaine de voies numériques. Ces données sont transférées par Ethernet à l'application de supervision pour affichage et contrôle.

La montée en pression du gaz dans la cellule s'effectue par une série de cycles de déplacement du vérin. La carte d'interface CAN NI PXI-8513 associée aux fonctions de la bibliothèque NI CANopen ont ainsi permis de gérer la vitesse et la position du vérin, et de contrôler son couple.

Le déterminisme nécessaire pour synchroniser l'ouverture d'une vanne d'évacuation du gaz avec la position du vérin est assuré par la plate-forme temps réel.

Une architecture logicielle basée sur l'héritage

L'application de supervision offre la possibilité de gérer plusieurs modes opératoires (polarisation de l'hélium3, purification du gaz, ajustement de la pression du gaz...). L'architecture modulaire sous forme de classes a permis de répondre à ce besoin, en exploitant la notion d'héritage proposée par la programmation orientée objet sous LabVIEW.

L'utilisation de la programmation orientée objet a permis d'obtenir un code de qualité, à la fois maintenable et évolutif.

L'utilisation de bibliothèques certifiées

L'utilisation des bibliothèques de fonctions NI CANopen (pilotage du vérin), ModBusVIEW over TCP (pilotage des vannes) et SmartSQLVIEW for SQLite (gestion des configurations utilisateurs) a optimisé les temps de développement et garanti un fonctionnement fiable.

Un système opérationnel

Des premiers tests très satisfaisants ont été effectués sur le site de l'ILL : la polarisation de l'hélium3 atteint plus de 70 %.
Les deux stations seront prochainement installées en Australie et Angleterre...