中科院电工所和高能所参与研制阿尔法磁谱仪核心部件

2011-5-18 15:07 来源: 新华社
792 收藏到BLOG

  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”航天飞机驶入寰宇。

  5月16日,几经推迟之后,高精度粒子探测器——“阿尔法磁谱仪2(AMS–02)”搭乘美国“奋进号”航天飞机的“绝唱之旅”,驶入寰宇。未来10年或更长时间里,它将在国际空间站运行,寻找反物质和暗物质,探索宇宙的起源及其构成。

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”航天飞机驶入寰宇。

  “鲜为人知的是,它体内有一颗强大的‘中国心’——一块‘MADE IN CHINA’、内径约1.2米、重约2.6吨、中心磁场强度1370高斯的环形巨大永磁铁。”中科院高能物理研究所所长、中科院院士陈和生接受新华社记者专访时说。

  “阿尔法磁谱仪”实验是一个大型国际合作科学实验项目。由诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授领导,美国、中国、德国等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和主要成员之一。

  反物质和暗物质是两种“神秘”物质。从理论上讲,它们应当存在,但现实中还没有找到证明它们存在的真凭实据。“宇宙是最终的实验室。”丁肇中在4月底发表的公报中表示。

  “要分辨物质与反物质,就得想办法测量粒子带正电还是负电。这就需要把一个巨大的磁铁送到太空中去。如果使用常规磁铁,到处弥漫磁场根本无法在太空中运行。”陈和生说。

  1998年6月,“阿尔法磁谱仪1(AMS–01)”搭载美国“发现号”航天飞机首次进入太空,成为人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。当时,陈和生在佛罗里达州肯尼迪航天中心亲历了那次为期10天的实验。

  “这10天里,中国永磁体经受住了考验,工作正常。时隔13年后的今天,它再次‘披甲上阵’,到国际空间站做长期实验,帮助AMS–02‘捕捉’神秘的反物质和暗物质。”谈起AMS–02最核心部件——中国造永磁体,陈和生无比自豪。

  丁肇中曾多次坦言,磁谱仪项目是他40多年科研生涯中遇到的“难度最大”的实验,甚至比当初为他赢得诺奖的J粒子实验还要“困难得多”。

  “最大的挑战就是要将大型磁铁放入太空。”丁肇中说。美国国家航空航天局(NASA)对磁铁的负载安全要求极高。一是要降低漏磁,避免干扰航天飞机和空间站其他仪器的工作。二是磁二极矩必须极小,以免磁谱仪在地球磁场作用下产生转动。

  按照惯例,NASA对搭载大型设备需做三次安全评估,而中国制造的钕铁硼磁铁只做了两次就顺利“闯关”。业内人士说,这在NASA检验史上还是第一次。

  这块强大的“中国心”到底神奇在哪里?

  “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,采用独特的‘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。

  不久前,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。

  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专家和意大利、法国同行共同研制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。

  参加AMS02国际合作的国内单位还有东南大学、中山大学、山东大学、上海交通大学和北京航空航天大学。