高时间分辨率磁等离子体分析仪（MPA）的设计与优化

对整个太阳系空间等离子体的原位测量需要高时间分辨率，以理解等离子体的动力学精细结构与演化。在此背景下，研究设计能够以高节奏获取等离子体速度分布及其矩的仪器。我们研究了一种新仪器设计，利用两块永磁体产生的恒定磁场，以高时间分辨率分析太阳风质子和 $\alpha$ 粒子。我们确定了仪器在孔径尺寸、传感器位置、像素大小和磁场强度方面的最优配置。我们基于解析计算及仪器内粒子轨迹的 SIMION 模拟进行分析。我们评估了仪器的速度分辨率以及与有限计数统计相关的泊松误差。我们的仪器能够分辨质子与 $\alpha$ 粒子的麦克斯韦分布与 $\kappa$ 分布。该方法以低于 1% 的相对误差获取矩（密度、体速度与温度）的测量值。我们的仪器设计以仅 5 ms 的采集时间实现这些结果，显著快于最先进的静电分析仪。尽管该仪器仅获取速度空间中分布函数的一维切片，但所呈现仪器概念的简洁性与可靠性是我们新设计的两个关键优势。