Nos tutelles

Nos partenaires

annuaire

aigle

Rechercher




Accueil > Recherche > Les Axes et Activités de Recherche > Expériences et Modélisation en Astroparticules (EMA) > AMS-02 > Les sous-systèmes d’AMS-02

L’aimant d’AMS-02

publié le , mis à jour le

L’aimant est au cœur de l’expérience AMS. Grâce à son champ magnétique, AMS est capable de question de faire la distinction entre matière et anti-matière. De plus, à partir du rayon de courbure il est possible d’estimer l’impulsion de la particule.

L’aimant supra-conducteur d’AMS-02

Pourquoi avons-nous besoin d’un aimant ?

A chaque particule est associée une antiparticule de même masse mais de charge opposée. A titre d’exemple le partenaire de l’électron, chargé négativement (e-) est le positron (e+) qui a les mêmes propriétés que l’électron mais une charge positive.

Le moyen le plus simple pour séparer les particules et les antiparticules est de faire usage d’un champ magnétique. Passant par un champ magnétique uniforme, des particules et anti-particules (c’est-à-dire des particules avec des charges opposées,) sont orientées dans des directions opposées.

D’après la courbure des trajectoires des particules (positive ou négative) il est possible de distinguer par exemple entre les électrons et les positrons. Par le rayon de courbure, nous pouvons mesurer l’impulsion de la particule.

Les deux aimants d’AMS

Deux types d’aimants ont été élaborés par la collaboration AMS en vue d’être exploités dans l’espace : un aimant permanent (PM) et un aimant supraconducteur (SCM). Au cours du vol d’essai AMS-01 (1998), un aimant permanent a été utilisé.

En préparation pour AMS-02, la collaboration a développé un aimant supraconducteur ayant le même diamètre intérieur que l’aimant permanent d’AMS-01. Comme l’aimant d’AMS-02 aimant constituait un véritable défi technologique, tous les sous-systèmes du détecteur AMS-02 ont été conçus avec des interfaces pleinement compatibles avec l’aimant permanent, au cas où ce dernier serait utilisé sur l’ISS.

Quel est le meilleur système d’aimant pour une mission sur l’ISS ?

Les deux types d’aimants ont des techniques de construction ainsi que des conditions d’exploitation très différentes. Le SCM est beaucoup plus complexe que le PM. Il a un champ de valeur plus élevée, mais une autonomie limitée. Du point de vue de la physique des rayons cosmiques, deux aspects dominent :

1) L’intensité du champ magnétique : un champ magnétique plus élevé permet une puissance supérieure de flexion, et peut permettre une séparation entre les antiparticules et les particules à des énergies plus élevées.

2) La durée de l’expérience : une durée de vie prolongée augmente la probabilité d’observer des signaux rares comme les candidats d’antimatière primordiale. De plus, à haute énergie les rayons cosmiques ont un flux beaucoup plus faibles que ceux de basse énergie. L’augmentation de la durée d’exposition étend les seuils d’énergie compatibles avec l’expérience.

Afin d’atteindre les objectifs scientifiques d’AMS-02, deux scénarios ont été envisagés :

Le scénario de l’aimant supraconducteur : la force du champ magnétique est de 5 fois plus élevé que celui du PM. En combinaison avec le Silicon Tracker, la séparation antimatière peut être réalisée jusqu’à environ 1 TeV. Le SCM aura une durée de vie ne dépassant pas 3 ans : sur cette durée le nombre de particules se situant au-dessus ou autour de 1 TeV sera assez faible. Ainsi, la configuration d’AMS-02 a été optimisée pour une limite de durée d’exposition de 3 ans et un maximum d’énergie de quelques TeV.

Le scénario de l’aimant permanent : son champ magnétique est 5 fois inférieur, mais sa durée de vie illimitée. La puissance réduite de flexion (du passage des particule chargées) peut être compensée par une disposition différente des plans du Tracker, ce qui étend sensiblement le bras de levier de la mesure de courbure en dehors du coeur de l’aimant. Dans cette configuration, la détermination du signe de la charge peut être effectuée à 1 TeV à l’aide du PM, avec la même précision qu’avec le SCM. 

AMS-02 testé à l’ESTEC (ESA) en avril 2010

Bien que cette configuration diminue l’acceptance d’AMS pour les particules de haute énergie d’environ 40%, la précision est plus que compensée par le temps d’exposition beaucoup plus long. Une telle configuration n’aurait pas cette utilité dans le cas du scénario du SCM en raison de sa durée de vie limitée (<3 ans).

Les deux scénarios SMC et PM sont considérés plutôt équivalents du point de vue des objectifs scientifiques du projet AMS-02.

AMS-02 était initialement prévu pour fonctionner sur l’ISS avec un aimant supraconducteur pendant trois ans. Après la catastrophe du shuttle Columbia, le nombre de vols de navettes a été considérablement réduit. Après son installation AMS-02 ne pourra donc pas revenir sur terre et il fonctionnera sur l’ISS entre 10 à 15 ans.

Suite aux résultats des tests sous vide réalisés à l’ESTEC en avril 2010, et en fonction de l’endurance constatée de l’aimant supraconducteur dans le simulateur d’espace, il a été de décidé de remplacer le SCM par le PM. 

Cette opération a eu lieu entre le mois de mai et le mois d’août 2010 au CERN, peu de temps donc avant l’envoi d’AMS-02 sur le site de la NASA (KSC) en Floride.