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CERNET第24届学术年会
选择字体:        发布时间:2013-04-07

阿尔法磁谱仪

  永磁系统

  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制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制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。主结构采用双层薄壳系统,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准。

  阿尔法磁谱仪2曾尝试用超导磁体代替永磁体。尽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。

  物理试验

  阿尔法磁谱仪是一个大型的粒子物理实验。它是在三十年来从数十个气球,飞船和地面探测实验得出来的宇宙射线知识的基础上建立的。理论物理学家预测并在对撞机中寻找的几种粒子有可能在宇宙射线中存在。实验则有可能探测到它们,并得到粒子和它们远方的天体来源的宝贵信息。

  阿尔法磁谱仪将具体观测太空中高能辐射下的电子,正电子,质子,反质子与核子。这些探测结果有可能解答关于宇宙大爆炸一些重要的疑问,例如“为何宇宙大爆炸产出如此少的反物质?”或“何等物质构成了宇宙中看不见的质量?”

  升空探索

  2009年11月,丁肇中教授在日内瓦欧洲核子研究中心宣布,用于寻找宇宙中的反物质和暗物质的重要科学仪器阿尔法磁谱仪(AMS02)将于2010年7月29日早上7点30分(美国东部时间),在美国肯尼迪空间中心搭乘奋进号航天飞机的STS-134航班升空,送到国际空间站,开始为期3年的探索之旅。

  但是出于安全考虑发射一再推迟,经历了多次推迟发射事件之后,阿尔法磁谱仪2终于在美国东部时间2011年5月16日上午搭乘“奋进”号航天飞机升空。

  按照航天局计划,“奋进”号完成最后一次飞行后退役,“亚特兰蒂斯”号也将于今年夏天完成“绝唱之旅”。届时,美国航天飞机全部退役,运行30多年的航天飞机项目将宣告终结。

  阿尔法磁谱仪升空后,在短时间内获得的数据就可使阿尔法磁谱仪正电子能谱的测量范围和精度超过目前正在空中运行的PAMELA空间探测器(由意大利、俄罗斯联合研制),并有能力对空间电子能谱目前的几个测量结果作出判断。今后相当长的一段时期,阿尔法磁谱仪将作为最主要的空间粒子探测器之一,对重大的科学前沿课题进行探索,是意义重大的空间实验。

  2013年2月18日,在美国波士顿结束的美国科学促进会(AAAS)年会上,美国麻省理工物理学家丁肇中及其领导的研究团队对外宣布,他们的阿尔法磁谱仪(AMS)发现了弱相互作用大质量粒子(WIMP)存在的证据,6个科研小组达成了一致意见,都赞同是探测到WIMP,而WIMP就是一种暗物质的候选体。丁肇中称,将于未来两到三周发表涉及暗物质的研究论文,对这项研究的进展作详细阐述。

  争议

  奋进”号航天飞机开始其最后一次飞行任务,这当然是一个让中国科技界和媒体非常关注的事件。  然而,让人意想不到的是,采访“奋进”号发射的中国媒体记者竟然由于一个新出炉的“沃尔夫条款”而被拒之门外,美国航天局取消了已允诺给予中国记者的采访通行证。

  今年4月15日,美国总统奥巴马签署了2011财年开支法案,其中有一项不起眼的条款,规定禁止美中两国之间任何与美国航天局有关或由白宫科技政策办公室协调的联合科研活动,甚至还禁止美国航天局所有设施接待“中国官方访问者”。这一条款出自于美国众议院拨款委员会商业、司法、科学及相关机构小组委员会主席弗兰克沃尔夫之手。

  于是,当“奋进”号载着中国科学家付出心血的阿尔法磁谱仪奔向太空时,中国记者居然不能像其他国家的记者一样,到现场观看航天飞机升空,也不能参加航天局举行的新闻发布会。

  2型

  2009年11月,丁肇中教授在日内瓦欧洲核子研究中心宣布,用于寻找宇宙中的反物质和暗物质的重要科学仪器阿尔法磁谱仪2(AMS02)将于2010年7月29日早上7点30分(美国东部时间),在美国肯尼迪空间中心搭乘奋进号航天飞机的STS-134航班升空,送到国际空间站,开始为期3年的探索之旅。。“阿尔法磁谱仪2”原计划于2004年由美国航天飞机送入太空,但其行程因2003年“哥伦比亚”号失事被一拖再拖。在此期间,以丁肇中为首的科学家对阿尔法磁谱仪2型进行了不断改进,其中曾尝试用超导磁体代替永磁体,但最终经模拟空间测试仍决定使用永磁体。目前“阿尔法磁谱仪2”采用的永磁体就是1998年阿尔法磁谱仪1型太空实验时使用的,是由中科院电工研究所等制造的。

  据悉,阿尔法磁谱仪现已组装完毕,即将在欧洲核子研究中心进行束流测试,然后运到欧洲航天局在荷兰的欧洲空间技术和研究中心(ESTEC)的环境试验中心进行热真空实验。2010年初,阿尔法磁谱仪将被运到美国肯尼迪空间中心与航天飞机对接。

  阿尔法磁谱仪升空后,在短时间内获得的数据就可使阿尔法磁谱仪正电子能谱的测量范围和精度超过目前正在空中运行的PAMELA空间探测器(由意大利、俄罗斯联合研制),并有能力对空间电子能谱目前的几个测量结果作出判断。今后相当长的一段时期,阿尔法磁谱仪将作为最主要的空间粒子探测器之一,对重大的科学前沿课题进行探索,是意义重大的空间实验。

  这一项目投入达20亿美元,研究人员来自美、欧、亚三大洲16个国家和地区的56个研究机构,其中包括中科院电工研究所、高能物理所、山东大学、东南大学、中山大学等。它被认为是继人类基因组计划、国际空间站计划和强子对撞机计划之后的又一个大型国际科技合作项目。

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