2011年5月16日,高精度粒子探测器阿尔法磁谱仪2搭乘美国“奋进号”太空梭驶入寰宇。未来10年或更长时间里,“阿尔法磁谱仪2”将在国际空间站运行,寻找反物质和暗物质。“阿尔法磁谱仪2”体内有一颗强大的中国永磁体：一块“MADE IN CHINA”、内径约1.2米、重约2.6吨、中心磁场强度13700高斯的环形巨大永磁铁。它选择新型高磁能积钕铁硼材料，採用独特的“魔环”结构磁路设计，64个磁化方向连续变化的永磁条安装其中。这种结构使永磁体磁场约束在AMS磁体内部，使它符合太空运行要求，帮助“阿尔法磁谱仪2”寻找反物质和暗物质。
基本介绍
- 中文名：中国永磁体
- 套用：阿尔法磁谱仪2
- 材料：新型高磁能积钕铁硼材料
- 範畴：物理学
简介
中国科学院电工研究所、中国科学院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院成功地研製出阿尔法磁谱仪最关键的永磁体系统，包括用高性能钕铁硼材料製成的永磁体和支撑整个磁谱仪的主结构。独特的魔环设计满足了空间实验对漏磁和磁二极矩的严格要求。永磁体总重量约为2t，接收度为0.6m2·sr，磁偏转能力BL2为0.135T·m2，并在40℃以下不出现退磁。主结构採用双层薄壳系统，能经受永磁体强大的磁力和扭矩，以及起飞、着陆时的巨大载荷。永磁体系统通过了严格的空间环境模拟试验，满足了阿尔法磁谱仪的要求，并达到了美国宇航局严格的安全可靠标準。
中国在稀土永磁材料研究方面处于世界先进水平。中科院电工研究所用钕铁硼製造磁铁设计巧妙，不漏磁且在地球磁场作用下不会发生转动，符合太空运行条件。
AMS-01没有发现反物质和暗物质，但在10天的太空试验里，中国永磁体经受住了考验，工作正常。此后，科学家开始研製AMS–02，曾尝试用超导磁体代替永磁体。儘管这种方法可以产生更强的磁场，但超导磁体需要液氦冷却，太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有3年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达18年至20年，所以专家们决定沿用永磁体。
此外，AMS-02在AMS-01的基础上增加了若干新的子探测器。其中，中科院高能物理研究所与中国航天科技集团公司的科学家和义大利、法国科学家共同研製出作为探测器关键部分的电磁量能器。
“中科院电工研究所、高能所和中国运载火箭技术研究院的科学家们通力合作，选择新型高磁能积钕铁硼材料，採用独特的‘魔环’结构磁路设计，64个磁化方向连续变化的永磁条安装其中。这种结构使永磁体磁场约束在AMS磁体内部，漏磁和磁二极矩比NASA的要求小了一个数量级。”陈和生说。
AMS–02曾进行模拟空间测试。科学家根据测试结果决定，沿用曾服役AMS–01的中国永磁体，它可以使磁谱仪使用寿命长达18到20年。
AMS－02在AMS－01的基础上增加了若干新的子探测器。其中，中科院高能物理研究所与中国航天科技集团公司的专家和义大利、法国同行共同研製出作为探测器关键部分的电磁量能器。
“电磁量能器能精确测量光子和电子的能量，并排除宇宙线质子的本底，对探测的暗物质粒子十分关键。”陈和生说。
分析
太空粒子探测器“阿尔法磁谱仪2”(AMS-02)2011年5月16日搭载美国“奋进号”太空梭发射升空，19日安装到国际空间，开始了长期寻找反物质组成的宇宙、探寻暗物质的征程。
“阿尔法磁谱仪”实验上世纪90年代启动，是一项大型国际合作科学项目。它由诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授领导，美、中、法等16个国家和地区的数百名研究人员参与其中。陈和生是这个团队首批科学家。
“根据接收到的数据，我们检查了AMS-02的所有部件和单元，它们全部工作正常，运行状况好于预期。”陈和生说。
AMS-02的数据正源源不断地由中继卫星从太空站下载到新墨西哥州白沙基地，随即传输到欧洲核子研究中心。作为参与单位，中科院高能所可以分享这些数据。
“分析数据是今后研究中的最大挑战，我们一定要对自己的科学理念有充分信心。”丁肇中表示。未来这项实验的重大发现，将在经过整个团队的严格验证后，统一对外发布。
参加数据分析的高能所陈国明研究员说，截至目前，高能所已经获取了上亿个宇宙线的事例。中国科学家利用这些数据对AMS-02的重要部件电磁量能器进行了刻度，以便準确测量电子和γ的能量。
电子和γ是寻找暗物质的关键探针。安装于AMS-02上的电磁量能器由高能所和中国运载火箭技术研究院与法国、义大利专家联合研製而成。
此外，中国科学家对这些宇宙线事例进行了鉴别，利用磁谱仪测的动量给出了质子、氦、锂、铍、硼和电子的初步能谱。
AMS-02有强大的接收度，很高的粒子识别能力和能量测量水平。探测到的宇宙线事例中，不乏高于1Tev(10万亿电子伏特)的电子。电子能量越高，流强越小，捕捉难度越大。”陈和生说。
陈和生表示，高能所计画进一步争取中科院和国家自然基金委的支持，增强对AMS-02物理分析的团队能力建设。
2011年6月1日返回地面后，美国“奋进号”太空梭将永久退役，其最终归宿为洛杉矶的加利福尼亚科学中心。鑒于成本过高，美国已决定终止运行了30多年的太空梭项目。