[发明专利]带有三重点电子发射激励的火花隙

说明书

本途径涉及在没有⁸⁵Kr的情况下在火花隙处生成种子电子。本途径改为利用来自三重点的电子发射来提供种子电子以减小火花隙的统计时间滞后。在一个这样的实施方式中，可在没有放射性组分的情况下制造和/或操作火花隙，而不另外改变火花隙的功能或其整体形式。

技术领域

本文中公开的主题涉及用于在点燃系统或其他合适系统中使用的火花隙。

背景技术

火花隙是无源、双端子开关，其在跨过端子的电压低时打开，且然后在跨过端子的电压超过设计值(例如，3kV)时闭合。火花隙然后在电流已下降至低水平时或在来自电压源的大部分能量消散时重新打开。在内部，电流在由小'间隙'(~mm)分开的两个金属电极之间传送，该小'间隙'填充有接近大气压力的气体或气体混合物(例如，Ar-H₂-Kr)。气体通常是绝缘的，但当两个电极之间的电压超过对应于击穿电压的设计值时，它变成传导的等离子体'火花'。

对于各种应用，所关注的一个参数可为向火花隙施加足够电压时与它变得传导所处的时间之间的时间。该时间对应于引发气体从绝缘体到导体的转变的'击穿'过程。

存在作为两步过程(对于第一电子出现的'统计'时间，随后是对于电子'雪崩'到高度传导状态的'形成'时间)的电击穿的理想化但有用的观点。自由电子在某个时间和位置出现在间隙中，且由电场加速，该电场由电极之间的电位差产生。一旦电子获得足够的能量，就存在对于它电离气体原子或分子且释放第二自由电子的某种可能。然后加速每个电子且重复该过程，导致电子雪崩，其使气体高度传导。能量增益和倍增过程必须克服各种能量和粒子损失过程，且为了最大的效率，第一自由电子应在优选的位置中(例如，在负电极处或附近)产生。

对于第二(雪崩)过程所需的时间是'形成时间滞后'。它大体上很短且实际上可被忽略。因此，对于第一过程(初始电子)所需的时间是'统计时间滞后'，且它是在实践中首要关注的该'第一电子问题'。在诸如实验室设备或大型放电灯这样的一些装置中，'第一电子问题'通过仅仅等待宇宙射线在它与装置内的气体原子、气体分子或表面碰撞时产生自由电子来解决。电子离子对总是由高能宇宙射线在大气中给定的速率下产生，这些宇宙射线可容易地穿透到装置和结构内的气体体积中。

然而，不能依赖普遍存在的宇宙射线过程来在所需的时间范围内产生有效的自由电子，该时间范围对于包括火花隙的许多装置的可靠操作可能是所需的。具体而言，对于采用火花隙的装置，时间范围通常太短以致不能依赖基于宇宙射线的过程，因为相互作用的体积(电极之间的气体区域)比较小。

替代地，对解决火花隙环境中(以及在处理类似问题的其他装置中，诸如小放电灯)的第一电子问题的常规途径是添加放射性源，例如呈放射性氪-85的形式，放射性氪-85经历β衰变(beta decay)以发射高能(687keV)电子，以生成种子电子且使统计时间滞后减小到可接受的值。有时使用其他放射性材料，诸如氚或钍。放射性组分的添加有时称为'放射性激励'。

然而，即使在痕量水平下的放射性材料通常在构件或产品中是不期望的，因为这些材料增加制造、处理和运输的成本。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种火花隙装置。根据该实施例，火花隙包括具有第一表面的第一电极和具有第二表面的第二电极，该第二表面从第一表面偏置且面向第一表面。第二表面包括传导的内部区域和基本上绝缘的外围区域。

在另外的实施例中，提供了一种点燃装置。根据该实施例，点燃装置包括：一个或多个点燃器，其配置成在操作期间点燃燃料流或蒸气；以及一个或多个激励器构件，各自连接到相应的点燃器。每个激励器构件包括具有三重发射点的火花隙，其在火花隙操作时生成自由电子。