空間熱等離子體探測載荷需要對兩種不同電荷極性的粒子（帶正電荷的離子和帶負電荷的電子）進行探測。靜電分析器作為熱等離子體探測最經(jīng)典的探測方案，利用內(nèi)、外兩個極板間狹縫的電場對入射等離子體進行探測，在特定電壓極性下，只能探測一種電荷極性的等離子體（電子或者離子）。等離子體包含兩種不同電荷極性的粒子，所需的靜電分析器電壓極性相反，單臺儀器難以同時滿足兩種電荷極性粒子的探測需求。常用的解決辦法是利用兩臺獨立的探頭，分別施加不同極性的電壓，實現(xiàn)對離子和電子的探測。這種方法造成儀器的重量、功耗需求大大增加，不利于儀器的小型化。 

　　為了解決單個探頭上雙電荷極性粒子同時探測所面臨的離子、電子信號串擾和電場極性匹配的技術難題，中國科學院國家空間科學中心空間環(huán)境探測重點實驗室等離子體探測研究團隊提出了一種新的雙通道靜電分析器的設計理念，研制了雙電荷極性熱等離子體分析儀，實現(xiàn)了儀器的充分小型化。雙通道靜電分析器采用三個特殊設計的異形曲面極板，形成內(nèi)、外兩個探測通道，當中間極板加特定極性的電壓時，內(nèi)外兩個探測通道內(nèi)電場強度方向相反，可分別用于不同電荷極性的熱等離子體的探測。在雙通道靜電分析器設計基礎上，采用大視場靜電偏轉(zhuǎn)板、頂蓋電極、微通道板等方案實現(xiàn)了電子和離子同時探測，同時具有2π大視場以及可變探測靈敏度優(yōu)點。研究團隊研制的雙電荷極性熱等離子體分析儀原理樣機進行了詳細的地面定標試驗，定標結(jié)果顯示儀器具有寬能譜、高分辨、大視場、大通量動態(tài)范圍的優(yōu)點，論文審稿人對文章給出了“an exciting new instrument”的高度評價。上述研究成果為我國未來小型化空間熱等離子體探測載荷發(fā)展及其在地球和深空探測領域的應用提供了重要技術支撐。

儀器結(jié)構剖面(a)和實物照片(b)

　　相關研究成果發(fā)表在AIP（美國物理聯(lián)合會）旗下儀器儀表類期刊Review of Scientific Instruments上。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0082410

　　Citation: B. Su, L. G. Kong, A. B. Zhang, Z. Tian, W. J. Wang, Y. L. Lv, et al., The bipolar charge plasma spectrometer (BCPS) based on the 2π-field-of-view double-channel electrostatic analyzer, Rev. Sci. Instrum., 93, 043305 (2022), doi: 10.1063/5.0082410. 

　　（供稿：探測室）