本发明涉及空间环境探测的，特别涉及一种适用于宽能量范围的中性原子探测装置。
背景技术：
1、地球空间、行星际以及太阳系其他行星空间的深空到处都存在带电的离子和不带电的中性原子(ena:energetic neutral atom)。带电的离子通过电荷交换(接收一个电子)可以变成不带电的中性原子。不带电的中性原子也可以通过电荷交换(失去一个电子)变成带电的离子。带电离子与中性原子之间的电荷交换过程，反映了空间中基本的能量传输物理机制。因此，空间中带电离子和中性原子信息的测量，可用于研究人类关心的基本物理问题，比如低能量粒子如何加速至高能量粒子，太阳如何影响行星大气的形成和耗散等问题。这些问题的解决有助于人类认识和了解未知世界，也为人类各种航天活动的安全开展提供了保障。
2、中性原子不带电，运动不受空间电场、磁场的影响，可以用于反演远处等离子体区域的状态。因此，中性原子探测作为一种遥感探测手段被空间环境探测中广泛使用，并取得了独特的探测效果。目前美国的空间科学卫星image、ibex、欧空局的火星快车(marsexpress)、juice、以及中国的天问一号等卫星项目上均配备中性原子探测器开展空间中性原子的探测。
3、目前针对中性原子的测量通用的方法是:首先将中性原子电离成带电的离子，然后利用带电离子的测量方法进行测量。电离的方法主要有两种:掠入射式电离板，穿透式超薄薄膜。掠入射式电离板中性原子探测器典型的代表型号有中国的天问一号火星离子与中性粒子分析仪(minpa)。minpa集成了离子和中性原子两部分探测功能，其可对较低能量的中性原子进行探测。穿透式超薄薄膜中性原子探测器典型代表是ibex卫星的ibex-hi中性原子探测器，其可对较高能量的中性原子进行探测。由此可见，已有的中性原子探测器存在的缺点是无法在一台仪器上实现低能量到高能量的宽能量范围的中性原子探测。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种适用于宽能量范围的中性原子探测装置，通过将第一探测通道设为适用于对低能量范围的中性原子进行电离，第二探测通道设为适用于对高能量范围的中性原子进行电离，将低能中性原子探测通道与高能中性原子探测通道进行有效的集成化设计，可以在一台仪器上实现宽能量范围的中性原子探测，并可节省仪器的资源需求。
2、本发明实施例提供了一种适用于宽能量范围的中性原子探测装置，包括：电离偏转系统，其用于将从空间入射的中性原子电离成带正电的离子，且能够屏蔽从空间入射的带电粒子，所述电离偏转系统具有沿第一方向间隔设置的第一探测通道和第二探测通道；其中，第一探测通道和第二探测通道均设为由一组相对设置的偏转板之间形成的间隙构成；两组偏转板之间相邻偏转板的电压极性设为相同；静电分析器，其包括外半球和内半球，外半球和内半球之间具有第三通道，所述第三通道用于经由所述第一探测通道和第二探测通道进入的带正电离子进行偏转运动，通过内半球施加的电压对进入所述第三通道内的带正电离子进行能量分析；其中，所述第一探测通道适用于探测的中性原子能量范围为5kev以下，所述第二探测通道适用于探测的中性原子能量范围为30kev以下；所述第一方向与中性原子从空间入射的方向设为大致垂直。
3、进一步地，所述电离偏转系统包括：第一偏转板和第二偏转板，所述第一偏转板和第二偏转板沿第一方向相对且间隔设置，所述第一偏转板和第二偏转板之间的间隙构成所述第一探测通道；电离板，用于将经所述第一探测通道导入的中性原子电离成带正电的离子；所述电离板平面与所述第一偏转板或第二偏转板平面夹角设为10°-15°，以使经所述第一探测通道导入的中性原子与电离板表面呈掠入射角度。
4、进一步地，所述电离板平面设有氧化铝薄膜层，所述氧化铝薄膜层位于所述电离板靠近所述第一探测通道的一侧。
5、进一步地，所述电离偏转系统还包括：第三偏转板和第四偏转板，所述第三偏转板和第四偏转板沿第一方向相对且间隔设置，所述第三偏转板和第四偏转板之间的间隙构成所述第二探测通道；其中，所述第三偏转板靠近所述第二偏转板，且所述第三偏转板的电压极性与所述第二偏转板的电压极性设为相同；所述第四偏转板设为靠近所述静电分析器。
6、进一步地，所述第三偏转板和第四偏转板远离中性原子入射口的另一端设有碳膜层，所述碳膜层垂直于所述第二探测通道，以实现对进入所述第二探测通道内的至少一部分中性原子穿透所述碳膜层，从而使至少一部分中性原子电离成带正电的离子。
7、进一步地，所述的中性原子探测装置还包括：透镜组件，其位于所述电离偏转系统和静电分析器之间；透镜组件包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于第二透镜和静电分析器之间；所述第一透镜通入正电压，所述第二透镜通入负电压，以形成一个电场分布，所述电场分布能够对经由所述第一探测通道和所述第二探测通道进入的带正电离子进行加速和聚焦，以进入所述第三通道。
8、进一步地，所述第一透镜和第二透镜均设为圆柱体结构，所述圆柱体结构的中间设有第四通道；所述第四通道用于经由所述第一探测通道和所述第二探测通道进入的带正电离子进行引导通过；其中，所述第二探测通道与所述第四通道设为大致水平对齐。
9、进一步地，所述碳膜层的厚度设为8-12nm。
10、进一步地，所述第一探测通道适用于探测的中性原子能量范围为10ev-5kev；所述第二探测通道适用于探测的中性原子能量范围为1kev-30kev。
11、进一步地，所述的中性原子探测装置还包括：飞行时间系统，用于产生从静电分析器输出的离子在固定飞行距离内的起始点电信号和终止点电信号；电子学处理单元，用于处理飞行时间系统输出的电信号，获得离子和中性原子的方向、能量、密度和成分信息。
12、进一步地，静电分析器还包括顶盖，顶盖用于限制离子的运动通道，并辅助将离子引入所述第三通道内。
13、本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
14、1、本发明实施例中，通过将第一探测通道设为适用于对低能量范围的中性原子进行电离，第二探测通道设为适用于对高能量范围的中性原子进行电离，经第一探测通道和第二探测通道电离后的离子汇聚后进入静电分析器，对进入第三通道内的带正电离子进行能量分析；穿过静电分析器狭缝的离子进入飞行时间系统,测量离子在固定距离内的飞行时间，利用电子学处理单元将离子的飞行时间数据与静电分析器所施加的电压数据结合计算，即可得出离子的成分信息，离子的成分信息对应入射中性原子的成分信息；因此，将低能中性原子探测通道与高能中性原子探测通道进行有效的集成化设计，可以在一台仪器上实现宽能量范围的中性原子探测，并可节省仪器的资源需求。
15、2、本发明实施例中，通过对第二透镜和第一透镜的设置以及电压极性配置，可确保对第一探测通道和第二探测通道电离后不同能量的离子进行加速和有效的汇聚，再进入静电分析器。
16、3、本发明实施例中，通过将第二探测通道设置在与第四通道同一高度的位置，这样第一探测通道可设置在第二探测通道的上方或下方，以满足低能量和高能量的离子均通过第四通道的加速和汇聚可有效进入第三通道。
1.一种适用于宽能量范围的中性原子探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的中性原子探测装置，其特征在于，所述电离偏转系统包括：
3.根据权利要求2所述的中性原子探测装置，其特征在于，所述电离板平面设有氧化铝薄膜层，所述氧化铝薄膜层位于所述电离板靠近所述第一探测通道的一侧。
4.根据权利要求3所述的中性原子探测装置，其特征在于，所述电离偏转系统还包括：
5.根据权利要求4所述的中性原子探测装置，其特征在于，所述第三偏转板和第四偏转板远离中性原子入射口的另一端设有碳膜层，所述碳膜层垂直于所述第二探测通道，以实现对进入所述第二探测通道内的至少一部分中性原子穿透所述碳膜层，从而使至少一部分中性原子电离成带正电的离子。
6.根据权利要求4所述的中性原子探测装置，其特征在于，还包括：
7.根据权利要求6所述的中性原子探测装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜均设为圆柱体结构，所述圆柱体结构上设有第四通道；所述第四通道用于对经由所述第一探测通道和所述第二探测通道进入的带正电离子进行引导通过；其中，
8.根据权利要求5所述的中性原子探测装置，其特征在于，所述碳膜层的厚度设为8-12nm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的中性原子探测装置，其特征在于，
10.根据权利要求1所述的中性原子探测装置，其特征在于，还包括：
