Der Magnet

 

Motivation

Magnet_Deflection.jpg

Für jedes Teilchen gibt es ein passendes Antiteilchen mit der gleichen Masse aber umgekehrtem Ladungsvorzeichen. Das Anitteilchen des negativ geladenen Elektrons ist beispielsweise das Positron, welches die gleichen Eigenschaft wie das Elektron hat, aber eine positive Ladung.

Die einfachste Art, Teilchen und Antiteilchen zu trennen, ist mit einem Magnetfeld. Wenn ein geladenes Teilchen durch ein homogenes Magnetfeld fliegt, wird die Flugbahn entsprechend seinem Ladungsvorzeichen gebogen. Daraus folgt, dass Teilchen und Antiteilchen in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden. Es ist also möglich das Elektron und Positron durch die Flugbahnkrümmung zu trennen. Desweiteren kann der Impuls des Teilchens durch den Krümmungsradius bestimmt werden.

Die Zwei Magnete

Für das AMS-02 Experiment wurden zwei verschiedene Arten von Magneten entwickelt - ein Permanentmagnet und eine supraleitender Magnet. Der Permanentmagnet wurde als erstes entwickelt und in dem AMS-01 Prototyp verwendet, welcher mit der STS-91 Space Shuttle Mission ins Weltall geflogen ist. Nach dem AMS-01 Flug wurde ein neuer supraleitender Magnet gebaut, mit einer vorraussichtlichen Lebensdauer von 3 Jahren. Dies entsprach der Dauer der ursprünglich geplanten AMS-02 Mission, nach welcher das Experiment wieder zur Erde zurückgebracht werden sollte. Allerdings wurde nach der Columbia-Katastrophe beschlossen, AMS-02 zu einer permanenten Installation an Bord der ISS zu machen. Da das Experiment dadurch die Möglichkeit hätte bis 2025 (oder später) zu messen, wurde beschlossen wieder den Permanentmagneten einzubauen.

Der Permanentmagnet

Permanent_Scheme01_3001.jpgDer AMS-Permanentmagnet hat die Form eines Zylinders. Er ist ein Meter hoch und hat ein Durchmesser von ebenfalls einem Meter. Er besteht aus über 6000 Nd-Fe-B-Blöcken. Auf dem Bild links sieht man einen Ausschnitt aus dem Magnet mit 64 solcher Blöcke. Der gesamte Magnet besteht aus 100 solcher Ringe.

Nd-Fe-B-Magnete sind die stärksten Permanentmagnete und sorgen für eine Gesamtfeldstärke von 0.15 Tesla. Obwohl der Magnet eine zylindrische Form hat, produziert er ein homogenes Magnetfeld entlang der x-Achse. Dies wurde durch die Verwendung der sogenannten Hallbach-Bauart erreicht.

Der Magnet wurde mit Hilfe von Vibrationstests, Zentrifugentests und Weltraumtauglichkeitstests überprüft und wurde als vollkommen qualifiziert für den Flug ins Weltall eingestuft.

Nachdem sich die AMS-02 Mission verlängert hatte, wurde die Frage laut, ob der Pemanentmagnet seine Feldstärke über einen langen Zeitraum halten würde. Daher wurde 2010 das Magnetfeld in Aachen erneut vermessen, nachdem es schonmal 1997 vor dem AMS-01 Flug vermessen wurde. Die beiden Messungen stimmten innerhalb von 1% überein, obwohl 13 Jahre und ein Space-Shuttle-Flug dazwischen lagen. Dieses Ergebnis zeigt, dass das Magnetfeld während der Lebensdauer des Experiments stabil bleiben sollte.