阿爾法磁譜儀

阿爾法磁譜儀用于探測(cè)宇宙中奇異物質(zhì)的設(shè)備01基本簡(jiǎn)介項(xiàng)目合作物理試驗(yàn)主體結(jié)構(gòu)永磁系統(tǒng)升空探索目錄030502040607中國(guó)貢獻(xiàn)暗物質(zhì)2型介紹目錄0908基本信息阿爾法磁譜儀（AlphaMagneticSpectrometer）是一個(gè)計(jì)劃安裝于國(guó)際空間站上的粒子物理試驗(yàn)設(shè)備。其目的在于探測(cè)宇宙中的奇異物質(zhì)，包括暗物質(zhì)及反物質(zhì)。2009年11月初，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中教授宣布，阿爾法磁譜儀于2010年7月29日早上7點(diǎn)30分在美國(guó)肯尼迪空間中心搭乘奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)的STS-134航班升空，送到國(guó)際空間站，開始為期3年的探索之旅。2011年5月16日，阿爾法磁譜儀隨“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)升空，中國(guó)科學(xué)家為磁譜儀傾注了大量心血，參與項(xiàng)目的國(guó)際同行對(duì)中國(guó)科學(xué)家的貢獻(xiàn)給予高度評(píng)價(jià)。基本簡(jiǎn)介基本簡(jiǎn)介阿爾法磁譜儀阿爾法磁譜儀（AlphaMagneticSpectrometer，又譯反物質(zhì)太空磁譜儀，簡(jiǎn)稱AMS是一個(gè)由美國(guó)麻省理工大學(xué)丁肇中教授構(gòu)思建造的物理探測(cè)儀器。他所帶領(lǐng)的高能物理團(tuán)隊(duì)將三十多年來粒子加速器所積攢下來的經(jīng)驗(yàn)推向太空。阿爾法磁譜儀依靠一個(gè)巨大的超導(dǎo)磁鐵及六個(gè)超高精確度的探測(cè)器來完成它搜索的使命。這個(gè)粒子物理的實(shí)驗(yàn)在國(guó)際空間站（ISS）的主構(gòu)架上被放置三年，遠(yuǎn)離大氣層以保證不受干擾，并充分利用國(guó)際空間站上的系統(tǒng)來采集數(shù)據(jù)。原計(jì)劃阿爾法磁譜儀由NASA的航天飛機(jī)送入太空。但由于航天飛機(jī)近年來事故的影響，使得發(fā)射時(shí)間一再推遲，一直到2011年5月16日，美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)攜帶著中國(guó)參與制造的阿爾法磁譜儀，從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，前往國(guó)際空間站。整個(gè)探測(cè)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和環(huán)境試驗(yàn)是由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院承擔(dān)的，精度非常高，能達(dá)到航天飛機(jī)在起飛和著路時(shí)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的十分苛刻的要求。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院承擔(dān)了對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的試驗(yàn)。

主體結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)自1995年6月至1997年7月，CALT的總體設(shè)計(jì)部完成了AMS主結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)及技術(shù)設(shè)計(jì)，由211廠生產(chǎn)制造了兩臺(tái)阿爾法磁譜儀主結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)的主體系外徑為1.3米，內(nèi)徑為1.15米，高0.8米的空心高強(qiáng)度鋁制圓柱體。永磁體呈條狀插入主結(jié)構(gòu)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)1400高斯。主結(jié)構(gòu)要求高精度，在生產(chǎn)及裝配過程中嚴(yán)格控制偏差，以使其與航天飛機(jī)對(duì)接時(shí)不產(chǎn)生裝配應(yīng)力。1996年4月第一臺(tái)供地面試驗(yàn)的阿爾法磁譜儀主結(jié)構(gòu)順利完成生產(chǎn)，安裝好永磁體后進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)及離心試驗(yàn)，試驗(yàn)一次通過，技術(shù)狀態(tài)良好。阿爾法磁譜儀1997年3月完成了飛行件的生產(chǎn)。丁肇中教授攜各國(guó)科學(xué)家10余人來CALT驗(yàn)收，對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)質(zhì)量表示滿意。1997年11月，美國(guó)國(guó)家宇航局NASA對(duì)阿爾法磁譜儀主結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第二階段的安全評(píng)審，評(píng)審委員會(huì)一致通過，并破先例地取消了第三階段的安全評(píng)審。1998年6月，安裝了各種探測(cè)儀器的阿爾法磁譜儀在航天飛機(jī)上進(jìn)行了為期10天的飛行，獲得了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)。項(xiàng)目合作項(xiàng)目合作CERN暨歐洲核子中心的航空照片阿爾法磁譜儀重達(dá)6700千克，中國(guó)多家單位參加了研制，其中，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所和中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院與法國(guó)、意大利的兩個(gè)單位合作，研制了阿爾法磁譜儀電磁量能器，能夠測(cè)量能量高達(dá)TeV的電子和光子，是尋找暗物質(zhì)的關(guān)鍵子探測(cè)器。參加阿爾法磁譜儀國(guó)際合作的中國(guó)單位還包括中國(guó)科學(xué)院電工研究所、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、山東大學(xué)、中山大學(xué)，以及中國(guó)臺(tái)灣的“中央研究院”物理研究所、“中央大學(xué)”、中山科學(xué)研究院等。

永磁系統(tǒng)永磁系統(tǒng)中國(guó)科學(xué)院電工研究所、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所和中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院成功地研制出阿爾法磁譜儀最關(guān)鍵的永磁體系統(tǒng)，包括用高性能釹鐵硼材料制成的永磁體和支撐整個(gè)磁譜儀的主結(jié)構(gòu)。獨(dú)特的魔環(huán)設(shè)計(jì)滿足了空間實(shí)驗(yàn)對(duì)漏磁和磁二極矩的嚴(yán)格要求。永磁體總重量約為2t，接收度為0.6m2·sr，磁偏轉(zhuǎn)能力BL2為0.135T·m2，并在40℃以下不出現(xiàn)退磁。主結(jié)構(gòu)采用雙層薄殼系統(tǒng)，能經(jīng)受永磁體強(qiáng)大的磁力和扭矩，以及起飛、著陸時(shí)的巨大載荷。永磁體系統(tǒng)通過了嚴(yán)格的空間環(huán)境模擬試驗(yàn)，滿足了阿爾法磁譜儀的要求，并達(dá)到了美國(guó)宇航局嚴(yán)格的安全可靠標(biāo)準(zhǔn)。阿爾法磁譜儀2曾嘗試用超導(dǎo)磁體代替永磁體。盡管這種方法可以產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)，但超導(dǎo)磁體需要液氦冷卻，太空中無法補(bǔ)充液氦，這樣磁譜儀壽命只有3年。而使用永磁體的磁譜儀的使用壽命長(zhǎng)達(dá)18年至20年，所以專家們決定沿用永磁體。

物理試驗(yàn)物理試驗(yàn)阿爾法磁譜儀是一個(gè)大型的粒子物理實(shí)驗(yàn)。它是在三十年來從數(shù)十個(gè)氣球，飛船和地面探測(cè)實(shí)驗(yàn)得出來的宇宙射線知識(shí)的基礎(chǔ)上建立的。理論物理學(xué)家預(yù)測(cè)并在對(duì)撞機(jī)中尋找的幾種粒子有可能在宇宙射線中存在。實(shí)驗(yàn)則有可能探測(cè)到它們，并得到粒子和它們遠(yuǎn)方的天體來源的寶貴信息。阿爾法磁譜儀具體觀測(cè)太空中高能輻射下的電子，正電子，質(zhì)子，反質(zhì)子與核子。這些探測(cè)結(jié)果有可能解答關(guān)于宇宙大爆炸一些重要的疑問，例如“為何宇宙大爆炸產(chǎn)出如此少的反物質(zhì)？”或“何等物質(zhì)構(gòu)成了宇宙中看不見的質(zhì)量？”

升空探索升空探索2009年11月，丁肇中教授在日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心宣布，用于尋找宇宙中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)的重要科學(xué)儀器阿爾法磁譜儀（AMS02）于2010年7月29日早上7點(diǎn)30分（美國(guó)東部時(shí)間），在美國(guó)肯尼迪空間中心搭乘奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)的STS-134航班升空，送到國(guó)際空間站，開始為期3年的探索之旅。但是出于安全考慮發(fā)射一再推遲，經(jīng)歷了多次推遲發(fā)射事件之后，阿爾法磁譜儀2終于在美國(guó)東部時(shí)間2011年5月16日上午搭乘“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)升空。按照航天局計(jì)劃，“奮進(jìn)”號(hào)完成最后一次飛行后退役，“亞特蘭蒂斯”號(hào)也完成“絕唱之旅”。美國(guó)航天飛機(jī)全部退役，運(yùn)行30多年的航天飛機(jī)項(xiàng)目宣告終結(jié)。阿爾法磁譜儀升空后，在短時(shí)間內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)就可使阿爾法磁譜儀正電子能譜的測(cè)量范圍和精度超過正在空中運(yùn)行的PAMELA空間探測(cè)器（由意大利、俄羅斯聯(lián)合研制），并有能力對(duì)空間電子能譜幾個(gè)測(cè)量結(jié)果作出判斷。今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，阿爾法磁譜儀作為最主要的空間粒子探測(cè)器之一，對(duì)重大的科學(xué)前沿課題進(jìn)行探索，是意義重大的空間實(shí)驗(yàn)。2013年2月18日，在美國(guó)波士頓結(jié)束的美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）年會(huì)上，美國(guó)麻省理工物理學(xué)家丁肇中及其領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)外宣布，他們的阿爾法磁譜儀（AMS）發(fā)現(xiàn)了弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）存在的證據(jù)，6個(gè)科研小組達(dá)成了一致意見，都贊同是探測(cè)到WIMP，而WIMP就是一種暗物質(zhì)的候選體。中國(guó)貢獻(xiàn)世界贊譽(yù)貢獻(xiàn)項(xiàng)目中國(guó)貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)項(xiàng)目參與磁譜儀項(xiàng)目的中國(guó)大陸科研團(tuán)隊(duì)主要有8個(gè)，分別為中科院電工所、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、山東大學(xué)、東南大學(xué)、中山大學(xué)、上海交通大學(xué)楊煜普小組、中科院高能所以及航空科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室；來自中國(guó)臺(tái)灣的團(tuán)隊(duì)主要有“中央研究院”、中山科學(xué)院等。他們的貢獻(xiàn)各不相同，但都必不可少。中科院電工所研制成功了磁譜儀的核心部件——磁體系統(tǒng)。該磁體具有對(duì)高能粒子吸收作用小的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)磁體與地磁無相互作用的力矩，極大降低了對(duì)空間飛行器的影響，解決了幾十年來不能將較強(qiáng)磁場(chǎng)磁體送入外層空間運(yùn)行的世界技術(shù)難題。中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院承擔(dān)了磁譜儀量能器結(jié)構(gòu)的研制工作，并在磁譜儀探測(cè)器的建造過程中發(fā)揮了重要作用。該院設(shè)計(jì)的磁體主結(jié)構(gòu)在1998年曾搭乘航天飛機(jī)進(jìn)行了為期10天的空間工作，在地面存放10多年后仍保持良好的性能，并繼續(xù)用作阿爾法磁譜儀2的磁體主結(jié)構(gòu)。磁譜儀對(duì)熱環(huán)境的要求極其苛刻，各探測(cè)器的性能也與溫度有關(guān)，熱系統(tǒng)的研制水平及質(zhì)量直接決定著磁譜儀的工作狀態(tài)、運(yùn)行壽命及實(shí)驗(yàn)可靠性。在熱系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)過程中，國(guó)家973計(jì)劃首席科學(xué)家程林教授領(lǐng)導(dǎo)的山東大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了不同結(jié)構(gòu)形式的散熱元件，保證了系統(tǒng)的高效散熱及溫度場(chǎng)的均勻和穩(wěn)定，解決了磁譜儀在國(guó)際空間站運(yùn)行的關(guān)鍵問題。東南大學(xué)在項(xiàng)目中主要承擔(dān)了3項(xiàng)任務(wù)——建立磁譜儀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、反物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。世界贊譽(yù)中國(guó)科學(xué)家為磁譜儀項(xiàng)目所作貢獻(xiàn)得到了項(xiàng)目首席科學(xué)家丁肇中、項(xiàng)目組以及其他國(guó)家科學(xué)家的廣泛贊譽(yù)。丁肇中曾對(duì)**表示：“中國(guó)科學(xué)家為磁譜儀實(shí)驗(yàn)作出了決定性貢獻(xiàn)。”美國(guó)航天局專家肯·鮑爾曾在驗(yàn)收產(chǎn)品后對(duì)其上司說：“如果你們要找一家能夠設(shè)計(jì)和制造一流航天產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)的話，那我告訴你，中國(guó)有個(gè)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，他們有能力完成這個(gè)任務(wù)。”山東大學(xué)在磁譜儀項(xiàng)目所有參與機(jī)構(gòu)中第一個(gè)完成任務(wù)，得到了美國(guó)航天局的高度評(píng)價(jià)。項(xiàng)目組在致山東省科技廳的項(xiàng)目鑒定意見中寫道：“您將會(huì)高興地獲知整個(gè)項(xiàng)目組對(duì)山東大學(xué)工作最高程度的認(rèn)可。事實(shí)上，正是山東大學(xué)的工作讓這個(gè)實(shí)驗(yàn)真正成為可能?！惫栉l軌跡探測(cè)器熱控系統(tǒng)在歐洲航天局進(jìn)行的熱真空測(cè)試中表現(xiàn)出超乎尋常的溫度穩(wěn)定性。項(xiàng)目組對(duì)熱控系統(tǒng)的評(píng)價(jià)是：“沒有硅微條軌跡探測(cè)器熱控系統(tǒng)就沒有阿爾法磁譜儀實(shí)驗(yàn)”。磁譜儀項(xiàng)目首席工程師、意大利人戈達(dá)多·加吉奧洛告訴**，中國(guó)科學(xué)家為項(xiàng)目作出了“巨大貢獻(xiàn)”，“我與中國(guó)科學(xué)家的合作非常愉快”。美國(guó)麻省理工學(xué)院核科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任理查德·米爾納也認(rèn)為，中國(guó)科學(xué)家對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)是“決定性的”。

2型介紹2型介紹安裝在國(guó)際空間站上的阿爾法磁譜儀2009年11月，丁肇中教授在日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心宣布，用于尋找宇宙中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)的重要科學(xué)儀器阿爾法磁譜儀2（AMS02）于2010年7月29日早上7點(diǎn)30分（美國(guó)東部時(shí)間），在美國(guó)肯尼迪空間中心搭乘奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)的STS-134航班升空，送到國(guó)際空間站，開始為期3年的探索之旅。?！鞍柗ù抛V儀2”原計(jì)劃于2004年由美國(guó)航天飛機(jī)送入太空，但其行程因2003年“哥倫比亞”號(hào)失事被一拖再拖。在此期間，以丁肇中為首的科學(xué)家對(duì)阿爾法磁譜儀2型進(jìn)行了不斷改進(jìn)，其中曾嘗試用超導(dǎo)磁體代替永磁體，但最終經(jīng)模擬空間測(cè)試仍決定使用永磁體。“阿爾法磁譜儀2”采用的永磁體就是1998年阿爾法磁譜儀1型太空實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的，是由中科院電工研究所等制造的。據(jù)悉，阿爾法磁譜儀現(xiàn)已組裝完畢，在歐洲核子研究中心進(jìn)行束流測(cè)試，然后運(yùn)到歐洲航天局在荷蘭的歐洲空間技術(shù)和研究中心（ESTEC）的環(huán)境試驗(yàn)中心進(jìn)行熱真空實(shí)驗(yàn)。2010年初，阿爾法磁譜儀被運(yùn)到美國(guó)肯尼迪空間中心與航天飛機(jī)對(duì)接。阿爾法磁譜儀升空后，在短時(shí)間內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)就可使阿爾法磁譜儀正電子能譜的測(cè)量范圍和精度超過在空中運(yùn)行的PAMELA空間探測(cè)器（由意大利、俄羅斯聯(lián)合研制），并有能力對(duì)空間電子能譜幾個(gè)測(cè)量結(jié)果作出判斷。今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，阿爾法磁譜儀作為最主要的空間粒子探測(cè)器之一，對(duì)重大的科學(xué)前沿課題進(jìn)行探索，是意義重大的空間實(shí)驗(yàn)。暗物質(zhì)暗物質(zhì)AMS-一種粒子加速器，綽號(hào)為太空的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。AMS的最初實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了可能是暗物質(zhì)的痕跡。不僅是AMS,很多地上甚