Il magnete permanente


Permanent Magnet Scheme (right resolution)

Orientamento e intensità del campo magnetico del magnete permanente di AMS.

Il magnete permanente di AMS è robusto, affidabile e progettato per l’uso nello spazio. Le sue caratteristiche sono state ben validate nel volo orbitale nella missione shuttle STS-91. Il suo campo magnetico è circa 3.000 volte più intenso di quello della Terra.

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Come funziona il magnete permanente?

Il magnete permanente è costituito da una lega neodimio-ferro-boro. Il neodimio è un elemento delle terre rare (lantanoidi). Il termine scientifico terre rare potrebbe trarre in inganno: in realtà il neodimio è piuttosto abbondante nel suolo terrestre ed è spesso utilizzato per costruire magneti destinati alle più diverse applicazioni: giocattoli, hard-disk, strumenti per risonanza magnetica, auricolari, …

La lega Nd-Fe-B è ferromagnetica. I materiali ferromagnetici sono composti da numerosi minuscoli magneti generati dalla rotazione di spin degli elettroni,che tendono ad orientarsi tutti lungo la stessa direzione, dando luogo a un campo magnetico macroscopico. Il ferromagnetismo si spiega chiaramente solo nell’ambito della meccanica quantisica. È necessario infatti introdurre grandezze tipicamente quanto-meccaniche, come lo spin dell’elettrone e le interazioni di scambio, che sono in grado di giustificare l’esistenza dei momenti magnetici intrinseci degli elettroni e di orientarli in modo spontaneo.

Uno dei vantaggi degli elementi appartenenti al gruppo delle terre rare è che tendono a magnetizzarsi lungo una particolare direzione del cristallo e resistono alla magnetizzazione nelle altre direzioni. Il che diventa fondamentale quando si vuole costruire un magnete di grosse dimensioni a partire da singoli cristalli.

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Il magnete permanente di AMS, che ha già volato sulla ISS nel 1998, nella foto ad Aachen (Germania), aprile 2010.

Quali sono le caratteristiche del magnete permanente di AMS?

Il magnete permanente di AMS è un cilindro di un metro di altezza per un metro di diametro, costituito da 6.000 pezzetti di Nd-Fe-B da 2x2x1 pollici cubi ciascuno. In figura si vede una sezione del magnete (in tutto sono 100) con 64 blocchetti, incollati insieme con una resina epossidica che serve anche a proteggere il magnete dalla corrosione.

I magneti di Nd-Fe-B generano un campo magnetico tra i più intensi di quelli raggiunti dai magneti permanenti: quello di AMS può generare un campo magnetico di 0.15 Tesla. Nonostante la forma toroidale, il campo è, nel piano sezione, uniforme lungo l’asse X.

Il magnete permanente è stato testato sottoponendolo a vari stress meccanici: vibrazioni, forze centrifughe, prove di idoneità all’ambiente spaziale; tutti superati grazie alla grande affidabilità e resistenza.

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Mappa del campo magnetico.e

Quanto è “permanente” il magnete permanente?

Nell’ottica che la ISS prosegua la propria attività fino al 2020 o addirittura fino al 2028, il magnete permanente sembra la soluzione migliore per lo spettrometro AMS-02.

Con l’attuale tecnologia non è possibile far funzionare un magnete superconduttore sulla ISS per più di 2-3 anni e raccogliere di conseguenza dati sufficienti a estendere la sensibilità dello strumento agli eventi rari. Se il magnete permanente dovesse davvero lavorare così a lungo, è importantissimo verificare la stabilità del suo campo magnetico negli anni.

Il campo è stato misurato nel 1997, prima che AMS-01 venisse lanciato. Poi è stato nuovamente misurato nell’aprile 2010 ad Aachen: nonostante l’intervallo di 13 anni e una missione dello shuttle nel mezzo, i due set di misure coincidono entro l’1%!

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Per saperne di più:

» Ferromagnetismo (Wikipedia)

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