中国造永磁体出征记：织就捕获暗物质“天网”
2013年04月24日
作者：彭科峰
来源：中国科学报
中国造永磁体出征记：织就捕获暗物质“天网”
■本报记者 彭科峰
4月3日，华裔科学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪（AMS）项目团队宣布，发现超过40万个正电子，这标志着人类对宇宙暗物质的探索迈出重要一步。参与该项目的中国大陆团队共有7个，其中以中国科学院电工研究所、中国运载火箭技术研究院和中国科学院高能物理研究所联合研制的永磁体系统尤为关键。
近日，电工所多名参与该项目的专家向《中国科学报》记者详细介绍了该所参与阿尔法磁谱仪项目的过程，并讲述了许多鲜为人知的故事。
立下大功的魔环结构
“电工所自主设计和研发的永磁体能够获得丁先生的认可，是我们的荣幸。这次他的项目有了新进展，我们这些科研人员都为他高兴。”4月12日，谈起和丁肇中合作的过程，负责永磁体制造的研究员董增仁大为激动。
在AMS项目中，寻找到合适的永磁体可谓举足轻重。如何找到既不干扰航天飞机运行，又尽可能避免漏磁的永磁体，成为丁肇中当时最大的心病。但俄罗斯等国提出的方案都不能满足他的要求。
最终，丁肇中将目光投向了中国，并在中科院电工所如愿以偿。
“上世纪80年代，我们在做中国第一台磁共振成像用永磁体，当时研究员夏平畴就曾提出采用魔环结构来设计永磁体。”董增仁说，每一项技术都有积累的过程。他们正是在当年的研发工作中积累了永磁体相关技术。此后不久，该所一名研究员在国外刊物上发表了永磁体的相关论文。丁肇中正是靠这篇论文找到中科院电工所。
“1994年3月，丁先生第一次来电工所时，夏平畴向他提出了方案，可以采用魔环结构，其磁化方向均匀变化，使磁场集中于磁体内部，丁先生对此很认可。”双方不久后签署了协议，由中科院电工所负责永磁体的研发和制造。
此后4年，在运载火箭技术研究院和中科院高能所等单位的大力协助下，经过全所上下的共同努力，终于完成了这项工作。最终的成品内径约1.1米、重约2.2吨，中心磁场强度为1340高斯。而且，它是由上万个不同形状、不同大小的小磁块拼成的64个磁化方向连续变化的永磁条组成。
制造永磁体的过程精密而复杂。上万个小磁块都得由50×50×25毫米的标准块切割而成，稍有偏差就无法拼出一个完整的环。为了消除灌胶时磁块中间存在的小气泡，科研人员采用了独特的工艺。“灌胶试验的时候丁先生不放心，还特意前来查看。”董增仁说。
1998年，AMS-01成功搭载航天飞机升空，在天上运行了近10天，一切正常。试飞成功了，按照预定计划，接下来就要正式运行了。
一波三折的命运
“丁肇中先生领导的这个项目非常不容易，历经周折。”中科院电工所研究员王秋良说，试飞成功后，由于美国航天飞机多次出现故障，2005年，美国一度打算取消航天飞机发射项目，这直接影响AMS的升空。
柳暗花明又一村。在丁肇中等人的努力下，2009年左右，小布什卸任之前，美国国会终于通过一项法案，决定让美国的最后一班航天飞机必须搭载上AMS-02。这样一来，丁肇中的项目最终得以持续。
但此前准备用在二期项目中的超导磁体研究却出现了一些障碍。最终，丁肇中决定启用中科院电工所研制的永磁体。
但是，这么多年过去，它的磁场强度是否有损耗？最终的测量报告显示，它的中心磁场强度只损耗了千分之一，“再工作10年20年都没有问题”，而且其他各项参数都在项目组要求的范围之内。此后，这台永磁体辗转瑞士、美国等地进行多次检测，均符合升空要求。
两代科研人员的坚守
2000年以后，AMS-02项目启动，中科院电工所再度派出大量科研人员参与。
王秋良说：“这些年，我们先后派出了多位科研人员前往英国、瑞士、德国和荷兰等负责磁体的测试、标定和空间环境适应性及运行监控。”AMS-02发射成功后，他们在数据分析等方面也做了大量工作。
“应该说，我们电工所是中国最早介入丁先生这个项目的机构之一，起的作用也是很关键的。”该所研究员宋涛表示，永磁体的设计和研制成功是以电工所夏平畴、董增仁等为代表的科研团队共同努力的结果，而后期的检测、数据监控中，王秋良等人也付出了巨大努力。
“一旦证明反物质的存在，这将是科学界莫大的荣耀。”王秋良对记者表示。
《中国科学报》 (2013-04-24 第4版 综合)