CN104412470A - 带有电容式储能器的火花间隙 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有电容式储能器的火花间隙。根据本发明建议使得火花间隙(14、15)通过多个环形布置的电容器(19)供电，其中这些电容器通过形成为环形的导体(21、26)和形成为锥形的导体(22)以及形成为漏斗形的导体(27)与阳极(11)和阴极(12)导电连接。以此可避免阻抗突变。同时，可在最狭小的空间上实现尽可能大的导体横截面积。因此，只要火花间隙火花放电，则根据本发明的火花间隙具有带有大的电压脉冲陡度的接通特性。这导致良好的可预测的火花间隙的接通特性。火花间隙可例如用用于产生单色X射线辐射的脉冲。
Description
技术领域
本发明涉及一种在阳极和阴极之间的火花间隙，其中使用电容式储能器用于点燃火花间隙。
背景技术
前述类型的火花间隙根据Eiichi Sato等人的“K-edge AngeographieUtilizing a Tungsten Plasma X-Ray Generator in Conjunktion withGadolinium-based Contrast Media”，Radiation Physics and Chemistry 75(2006)1841页至1849页中已知。在此，为产生用于高速放射术的X射线闪光生成器使用高压源，在所述高压源中高压电容器提供能量。所述高压电容器以四个同轴电缆与X射线管的阴极连接。
如果要产生商业上可使用的剂量的X射线束，则必须维持较高的电容以用于产生X射线辐射闪光。在此，供使用的电容器电容的电连接是一个问题。
发明内容
因此，技术问题在于给出一种例如适合于X射线射线生成器的火花间隙，其中，所产生的脉冲的陡度尽可能高。
此技术问题通过前述火花间隙根据本发明通过如下方式实现，即提供多个并联的电容器作为储能器，这些电容器分别以电容器极的相同的轴向定向同心地布置在环中，其中电连接装置构造在用于阳极的电容器和用于阴极的电容器之间，使得带有相同的阻抗的所有电容器连接在阳极和阴极上。通过根据本发明的多个电容器的布置，可实现有利地放大用于接通例如X射线管的电容。为进行带有必须的电压脉冲的陡度的接通过程，有利地建议，所有电容器的电连接装置的阻抗相同，且通过围绕火花间隙的环形布置可保持尽可能短的距离，使得阻抗低且不出现阶跃阻抗改变。因此有利地，保证了电压脉冲的高陡度，以此也可实现火花间隙的短的、快的接通特性。这此外对于火花间隙的点燃特性的可预测性具有特别重要的意义。因此，火花间隙也可有利地用于例如驱动X射线闪光生成器。
根据本发明的有利的构造建议，使得用于阴极的电连接装置具有连接环，该连接环与所有电容器的相同极性的电容器极连接。此连接环有利地实现了在最紧凑的空间上的电容器的连接，使得此环形壁可布置在壁上。同时，环提供了尽可能最大的几何横截面积以用于引导电流，使得环形连接区域的阻抗很低。此外，可有利地建议，连接环在其内侧上通入锥形区域内，所述锥形区域的顶端与阴极连接或形成所述阴极。锥形区域此外实现了电流向阴极的引导而无阶跃，使得在引导间隙上不存在能量反射，该能量反射不利地影响能量传输特性。同时，通过此布置也保证很紧凑的结构形式。锥形区域的顶端可用作阴极。但也有利的是，该阴极由另外的材料制成且与锥形区域连接。然后，锥形区域可在其电特性方面设计，而阳极由尽可能长时间地耐受火花间隙的电负荷的材料制成。此外，阴极也可更换。
根据本发明的另外的有利扩展建议，用于阳极的电连接装置具有连接环，该连接环与所有电容器的极性相同的电容器极连接。此几何构造对应于以上对于用于阴极的连接所阐述的几何构造。在此也可在紧凑的结构的同时实现最大的横截面积而无电导体的阻抗阶跃。
根据前述连接环的构造建议，连接环在其内侧上通入漏斗部内，所述漏斗部的壁用作电连接装置且在其较小的漏斗开口内布置阳极。在此，也涉及电导体，该电导体在其结构上与漏斗形逐渐变细的管相似。因此，较小的漏斗开口尤其以通过漏斗壁形成的端侧适合于连接阳极。阳极形成为薄膜形且导电地固定。在此，也可容易实现更换，因为阳极例如在产生X射线辐射时用作靶且受到一定的磨损。
为实现更紧凑的结构形式，有利的是将电容器布置在多个同心圆中。也在此情况中，可通过环形连接在电导体上实现无阻抗阶跃的电引导。
根据本发明的另外的构造可建议，火花间隙具有通过中间块相互连接的高压火花间隙和有效火花间隙。在此，火花间隙形成在阴极和中间块之间。中间块通过其中提供了电阻的导线与阳极连接。有效火花间隙形成在中间块和阳极之间。此布置有利地允许很好限定的点燃点，带有有利的、明显的点燃电压斜坡。这导致提高的电子流量。
高压火花间隙和有效火花间隙的布置是串联连接。当然，中间块通过电阻与阳极连接。为点燃有效火花间隙，在整个布置上施加升高的电压。因为高压火花间隙以处于高压下的气体填充，所以在此保证了较高的飞弧电压。在电压升高期间，在有效火花间隙上仍不存在与接通相关的电势差，因为通过电阻连接的中间块以及阳极具有相同的电势。只要达到高压火花间隙的相对地限定的接通点，就点燃高压火花间隙。然后，在高压火花间隙中击穿时形成了电弧，该电弧相当于阴极与中间块的低阻抗连接。因此，在有效火花间隙中出现冲击状电势，该电势明显地高于有效火花间隙的所需的点燃电势。通过很陡地走向的电压梯度，在有效火花间隙上达到相对于原来的点燃电压的明显的电压斜坡。因此，有效火花间隙由于触发的链式反应可靠地在限定的时刻点燃。通过点燃高压火花间隙，即瞬间存在必须的电压(即时间电压曲线的陡度较高)。
根据本发明的构造，电阻在100至1000MΩ之间。在此保证实现有效火花间隙的接通，因为所施加的电压由于较高的电阻而不可通过将中间块与阳极连接的导线而降低。
根据本发明的另外的构造建议，提供有效火花间隙以用于产生X射线辐射。使用阳极作为用于产生X射线辐射的靶。因此，X射线辐射可在限定的时刻提供。这对于不同的应用是重要的前提条件。例如，X射线辐射可用于成像方法。
根据本发明的特别的构造建议，阳极可产生单色X射线辐射。如果使用有效火花间隙用于产生单色X射线辐射，则可为产生而有利地提供足够高的脉冲，以便在对于所进行的检查目的充分的范围内提供单色X射线辐射。单色X射线辐射例如可在使用很薄的例如由铝或另外的轻质金属制成的金属薄膜作为靶时产生。作为靶材料，也可使用镧系元素。作为轻质金属，在本申请的意义中意味着其密度在5g/cm3以下的金属及其合金。具体地，此定义涉及如下轻质金属：所有碱金属、除镭、钇、钛和铝之外的所有碱土金属。另外的有利于形成金属薄膜的材料组是钨、钼和镧系元素组。具体地，镧系元素在此涉及在元素周期表中排在镧之后的14个元素。
为在技术上实现尤其是单色的X射线辐射源，有利的是将有效火花间隙安置在可抽真空的壳体内，其中也提供了集电器，且X射线辐射可从所述集电器耦合出。集电器用于静电制动电子流的电子且截获被制动的电子。以此方式防止高能电子由于撞上材料而可产生制动辐射。单色X射线辐射可从壳体耦合出，例如为此在壳体壁内提供了可透过X射线辐射的窗。
此外有利的是，阴极、中间块和阳极同轴地布置。此外有利的是，中间块和阳极形成为相对于共同的轴线中心对称。以此避免了可能不利地影响接通过程和能量流动的电感。
附图说明
本发明的另外的细节在下文中根据附图描述。相同的或对应的附图元件分别提供以相同的附图标号，且仅在对于单独的附图之间的差异方面进行多次解释。各图为：
图1示意性地示出了根据本发明的火花间隙的实施例的结构，图中带有接通过程的图示，其中使用高压火花间隙和有效火花间隙而未图示集电器，
图2在截面图中示意性地示出了根据本发明的火花间隙的简单的实施例的几何构造，和
图3在截面图中示意性地示出了根据图1的根据本发明的火花间隙的实施例的几何构造。
具体实施方式
从图1中显见根据根据本发明的火花间隙的结构。此火花间隙具有阳极11和阴极12。在阳极11和阴极12之间连接了中间块13，从而形成两个火花间隙，即高压火花间隙14和有效火花间隙15。此外，用作用于有效火花间隙15的阴极的中间块13通过导线16和电阻17电连接在阳极上。
对于为其使用带有高压的气体填充的高压火花间隙，中间块13形成阴极。作为用于高压火花间隙的填充气体，可使用例如氙的稀有气体作为填充气体。高压火花间隙显示了限定的接通特性18，其中在限定的电压上升U时，在限定的时间t之后达到接通点。以接通点(ts/Us)可相对精确地预测有效火花间隙的接通时刻。
如所解释，在高压火花间隙接通的情况中，立即存在为接通有效火花间隙15所需的开关电势。通过高压火花间隙14的低电阻特征，在高压火花间隙14的接通时刻，中间块13具有阴极电势。在电阻17上现在施加了阴极和阳极之间的完全电压。因此，由于电阻17的电阻值，限定的电流通过电阻。电阻17的寄生电感附加地降低了通过电阻17的取决于系统的电流。通过在中间块13和阳极11之间的陡的电压升高，积极地影响有效火花间隙15的火花放电特性，使得在有效火花间隙15的放电时刻形成比这通过具有低电压升高梯度的常规点燃可能的情况明显更高的电压。有效火花间隙15的在时刻ts的接通大致为t0，因为取决于设备的低电感的电压升高极陡。有效火花间隙15的所需的接通电势Us通过极陡的电压梯度而明显地被超过，其结果是有效火花间隙处在很短的时间(纳秒级)内，施加了明显地超过点燃电压的电压。因此，形成了通过阳极的强放电。通过此布置，有效火花间隙15的击穿电压不再主要取决于Us(该Us基本上取决于几何形状和真空)，而是取决于从外部施加的阳极电压和相应的高压火花间隙14的设置。有效火花间隙的放电的持续时间通过阳极的电容和存储在其内的能量和结构中的寄生电感确定。
在图2中图示了另外的根据本发明的火花间隙18的实施例的简单结构。此火花间隙由八个电容器19供电，其中由于截面图的原因仅可见5五个电容器。所述电容器布置在围绕设备的中心轴线20的假想的同心圆上。此极性也指向中心轴线。电容器19的一个极处在连接环21上，所述连接环21以其内侧过渡到锥形范围22内。锥形形状可具有不同的周面。图示了流畅的过渡部，该过渡部在图示的横截面中类似于半径。这是特别有利的，因为以此方式可最好地防止电导体内的阻抗突变。锥形以其“顶”端23终止在削平的接触面24内，在此固定了阴极12。阴极12以及锥形的削平的顶端23的接触面是圆形的。阴极此外具有顶端25，所述顶端25用于形成火花间隙18的火花放电。具有很薄的薄膜的形式的或另外的适合于产生单色X射线辐射的靶的形式的阳极11与此顶端25对置。
电容器19的另一个极性也组装在连接环26上。此连接环26在内侧通入漏斗27。漏斗27在其小开口上具有端侧28，阳极11与此端侧28导电连接。漏斗的内部空间29由其直径走向形成为，使得在漏斗27的锥形区域22和内壁之间维持最小距离a。此距离a保证在阴极12的顶端25和阳极11之间且不在锥形区域22和漏斗27之间实现电弧。
根据图3的火花间隙与根据图2的火花间隙的差异在于根据图1的此火花间隙分为高压火花间隙14和有效火花间隙15。在高压火花间隙内存在较高的压力，因此在火花间隙之间嵌入了舱壁31。舱壁31构造为电绝缘。此外可见电阻17，所述电阻17通过导线16与中间块13以及阳极11连接。与图2中的布置不同，中间块13以其顶端25形成用于有效火花间隙的阴极，且同时以削平的侧32形成用于高压火花间隙的阳极。
此外，从图3中可见布置了两个同心的电容器19的环。
火花间隙安装在X射线辐射源内。为此存在壳体34，该壳体34除火花间隙外还容纳了集电器35。该集电器35用于静电制动电子且截获和导出被制动的电子。因此，防止形成制动辐射。所产生的X射线辐射26通过壳体34内的窗37被耦合出。
Claims (10)
1.一种火花间隙(15、18)，所述火花间隙处在阳极(11)和阴极(12)之间，其中电容式储能器点燃所述火花间隙(18)，其特征在于，提供多个并联连接的电容器(19)作为储能器，所述电容器分别以电容器极的相同的轴向定向同心地布置在环内或布置为星形。
2.根据权利要求1所述的火花间隙，其特征在于，用于所述阴极(12)的电连接装置具有连接环(21)，所述连接环与所有电容器(19)的相同极性的电极连接。
3.根据权利要求2所述的火花间隙，其特征在于，所述连接环(21)在其内侧上通入锥形区域(22)内，所述锥形区域的顶端与所述阴极(12)连接或形成阴极。
4.根据前述权利要求中一项所述的火花间隙，其特征在于，用于阳极(11)的电连接装置具有连接环(26)，所述连接环与所有电容器(19)的相同极性的电极连接。
5.根据权利要求4所述的火花间隙，其特征在于，所述连接环(26)在其内侧上通入漏斗(27)内，所述漏斗的壁(30)用作电连接装置且在其较小的漏斗开口中布置所述阳极(11)。
6.根据权利要求5所述的火花间隙，其特征在于，所述阳极(11)形成为薄膜形或装配有另外的适合于产生单色X射线辐射的靶，其中所述阳极(11)在包围所述较小的漏斗开口的端侧导电地固定在所述漏斗的壁上。
7.根据前述权利要求中一项所述的火花间隙，其特征在于，所述电容器布置在多个同心环内。
8.根据前述权利要求中一项所述的火花间隙，其特征在于，所述火花间隙具有通过中间块(13)相互连接的高压火花间隙(14)和有效火花间隙(15)，其中
*所述高压火花间隙形成在所述阴极(12)和所述中间块(13)之间，
*所述中间块(13)通过在其内提供了电阻(17)的导线(16)与所述阳极(11)连接，和
*所述有效火花间隙(15)形成在所述中间块(13)和所述阳极(11)之间。
9.根据前述权利要求中一项所述的火花间隙，其特征在于，所述火花间隙(15)提供为用于产生X射线辐射，其中使用阳极(11)作为用于产生X射线辐射的靶。
10.根据权利要求9所述的火花间隙，其特征在于，以所述阳极(11)能产生单色X射线辐射。
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