AMS-100 Experiment am L2
Prof. Stefan Schael, Dr. Thomas Kirn, Dr. Thorsten Siedenburg
Das A Magnetic Spectrometer mit einer Akzeptanz von 100 m²sr (AMS-100) soll auf einem Satelliten installiert und für mehr als 10 Jahre am Lagrange-Punkt 2 (L2) betrieben werden. Der Zweck dieses magnetischen Spektrometers besteht darin, die Energiereichweite, geometrische Akzeptanz und Sensitivität für kosmische Strahlung und kosmische Antimaterie des aktuellen AMS-02-Experimentes auf der Internationalen Raumstation erheblich zu erhöhen. Mit einer geometrischen Akzeptanz von 100 m²sr, einer höchsten detektierbaren Rigidität von 100 TV und einem Kalorimeter mit einer Tiefe von 70 Strahlungslängen und 4 hadronischen Wechselwirkungslängen wird AMS-100 direkte Messungen der Spektren kosmischer Strahlung bis zur PeV-Skala, d.h. bis zum Knie, ermöglichen. Verglichen mit AMS-02 wird die Sensitivität auf kosmische Antimaterie um einen Faktor 1000 erhöht. Der messbare Energiebereich für Präzisionsmessungen von Elektronen, Positronen und Antiprotonen der kosmischen Strahlung wird verglichen mit AMS-02 um eine Größenordnung erweitert, bis zur 10 TeV-Skala.
Das Magnetdesign basiert auf neuen Hochtemperatursupraleitern, die zu einem großen, dünnwandigen Solenoid mit einem Magnetfeld von 0.5 Tesla bei einer Temperatur von 50-60 Kelvin aufgewickelt werden. Die dünne Spule des Magneten dient auch als genau lokalisierter Konversionspunkt für Photonen. Zusammen mit dem Kalorimeter ermöglicht dies Präzisionsmessungen von TeV-Gammastrahlung mit ausgezeichneter Winkel- und Energieauflösung bei vollständiger Abdeckung des Himmels zu jedem Zeitpunkt.
Aufgrund des Dipolmoments des großen Solenoids kann AMS-100 nicht im niedrigen Erdorbit betrieben werden.
Sowohl die amerikanische Weltraumargentur NASA als auch die Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie (CAST) haben für den Zeitraum 2025-2030 Raketen (SLS Block 2 und Langer Marsch 9) angekündigt, die 130 Tonnen in den niedrigen Erdorbit und 45-50 Tonnen zum L2 bringen können. Dies eröffnet ein neues Fenster für Astroteilchenphysik und Gamm-Astronomie. Um ein Detektorkonzept für einen Start im Jahr 2030 rechtzeitig fertigzustellen, muss die Arbeit am Konzept des Instruments jetzt bereits beginnen.
Ein Vergleich der wichtigsten Kennzahlen von AMS-02 und AMS-100 ist hier zu sehen:
Die Hauptdetektorkomponenten von AMS-100 sind hier in 3D und im Querschnitt gezeigt:
Die Aufgaben dieser Elemente sind hier im radialen Querschnitt des Zylinders gezeigt:
Die aktuellste Beschreibung von AMS-100 kann in Ref. [1] gefunden werden. Die ersten Ideen für AMS-100 wurden von Prof. S. Schael bei den AMS Tagen in La Palma im Mai 2018 gezeigt [3][4], da noch mit einem supraleitenden, heliumgekühlten Magneten bei 4 K. Kurz danach wurde klar, dass ein Hochtemperatursupraleitermagnet am L2-Punkt im thermischen Gleichgeicht bei 50-60 K ohne Verbrauchsmaterialien betrieben werden kann. Dieses Konzept wurde erstmals von Prof. Schael im Oktober 2018 gezeigt [2].
Die aktuellste Beschreibung von AMS-100 kann in Ref. [1] gefunden werden. Details zur Entwicklung des ToF und SciFi-Spurdetektors wurden in Ref. [2] vorgestellt.
Das Detektorkonzept wird in [3] beschrieben.
[1] S. Schael, "AMS-100 - The next generation Magnetic Spectrometer in Space", CERN Detector Seminar, 04.11.2022 (Indico, PDF)
[2] T. Kirn, "Cryogenic Tests of Time of Flight and Scintillating Fiber Tracker Prototypes for the AMS-100 experiment", Vienna Conference on Instrumentation, 19.02.2025 (Indico, PDF)
[3] T. Kirn, "The AMS-100 experiment: The next generation magnetic spectrometer in space", Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A, 01.10.2022, (Paper, PDF)