【発明の詳細な説明】
ガス絶縁スイッチングスパークギャップをトリガするための方法及びこの方法を
適用するための装置
本発明はスイッチングスパークギャップをトリガするための方法及びこの方法
に従って動作されるスイッチングスパークギャップに関する。
目的は、様々なプロセスにおける高圧放電のために予め定められた時点におい
て確実に導通状態に移行可能なスイッチを自由に使用できることである。このた
めに次のような解決法が周知である。すなわち、スパークギャップチャンバにお
いて絶縁ガスに容易に光イオン化可能なガス状の添加剤（フルオベンゼン）を混
合し、この添加剤が次いで適当な波長の光源による照射によって光イオン化を介
して点弧チャネルを形成するためのスタート電子をリリースする（Dougal,R.A.e
tal.;“Fundamental Processes in Laser-TriggeredEleclrical Breakdown of G
ases'',J.Appl.Phys.,Vol.17(1984),p.903-918,printed in Great Britainを参
照）。
スパークギャップを導通状態に移行させる光源、いわゆるトリガ光源としては
、ＵＶビーム発生器のようなインコヒーレント光源又はレーザのようなコヒーレ
ント光源が適していることが実証された。後者はレー
ザトリガという概念により周知である。
ＪＰ１-８１１８５Ａからスイッチングスパークギャップのトリガのための方
法及び相応の装置が周知である。この場合、電極６と１との間のスパークアーク
放電は予め定められた波長の光源１４によるこれらの電極の間の隙間の部分照射
によってイオン化された金属蒸気を発生する。
ＵＳ４６０４５５４から光トリガスイッチングスパークギャップが周知である
。補助スパークギャップＧ５が紫外線ビームを惹起し、この紫外線ビームがトリ
ガスパークギャップＧ４を点弧し、このトリガスパークギャップＧ４が今度はス
イッチングスパークギャップＧ１の点弧をもたらす。
レーザトリガによって、レーザ光による電極の隙間の乃至は電極表面の照射に
よりスパークギャップにおける放電の時間的に意図した通りの分解能が達成され
る。スパークギャップのトリガのために必要なレーザエネルギは、利用される光
電的電荷担体発生のメカニズム及びスパークギャップの動作形式に依存する。
原理的には、ダイナミックに負荷をかけられるスイッチと直流電圧スイッチと
は異なる。直流電圧スイッチにはスパークギャップのトリガの前に常に絶縁すべ
き電圧が印加されている。ガスにおける有効衝突イオン化係数αeffがゼロより
大きく、従って自由運動電荷担体の雪崩的な増加がこの衝突イオン化の結果発生
する場合にのみ、ガス絶縁された均一電界装置における放電が行われる。電界強
度がスタテイックな降伏電界強度より小さい場合にはαeff≦０が成り立つ。直
流電圧スイッチはトリガの前に確実に絶縁されなければならないので、その動作
電圧はそのスタティックな降伏電圧ＵDCよりも小さくなくてなならない。
ガス原子のイオン化エネルギはＷi＝１２eVより大きく、従ってレーザビーム
の光子エネルギよりも大きい。この光子エネルギはレーザの波長に応じてＷph＝
４...５eVよりも小さい。プラズマの自由運動電荷担体は従って複数の光子の同
時吸収によって、いわゆるマルチフォトンイオン化によってのみ発生される（Gr
ey Mprgen,C．:“Laser-induced Breakdown of Gases'',Rep.Prog.Phys.,Vol.38
.,1975,p.621-665を参照）。
マルチフォトンイオン化は甚だしく非線形な効果であり、この非線形効果は高
い照射強度において初めて現れる。直流電圧スイッチのトリガに十分な電荷担体
密度ｎ＞１０16ｃｍ-3(Dougal,R.A.et al.;“Fundamental Processes in the La
ser-Triggered Electrical Breakdown of Gases'',J.Appl.Phys.,Vol.60(1986),
p.4240-4247）を有する導電性プラズマの発生のために、必要な照射強度はＩ＝
１ＧＷｃｍ-2である。この照射強度はレーザビームを電極の隙間に集束すること
によってのみ達成される。必要なレーザエネルギはＷ＞
１００ｍＪである。
レーザビームを電極表面に集束させる場合、トリガエネルギは電極間のガス容
積に集束させる場合よりもほぼ１オーダ小さい。必要なレーザエネルギはＷ＝１
０ｍＪである（Dougal,R.A.et al.;“Fundamental Prpcesses in Laser-Trigger
ed Electrical Breadkown of Gases'',J.Appl.Phys.,Vol.17(1984),p.903-918）
。電極材料から蒸発した金属はこの場合プラズマの導電率を高める。さらに自由
運動電子は光電子放出によって電極表面からリリースされる。
パルスドパワー技術（Plused-Power Technik）において及びほぼ全ての短時間
物理的なアプリケーションにおいては、スイッチングスパークギャップにはパル
ス状電圧ｕ（ｔ）が印加され、従ってダイナミックに負荷がかけられる。ダイナ
ミックに負荷がかけられるスイッチのトリガのためにはエネルギコストは比較的
低い。このスイッチにおける電圧はスタティックな降伏電圧を非常に急激に上回
る。自然なやり方で、すなわち放射線ビーム又は宇宙線によって自由運動スター
ト電子が形成された場合、このスパークギャップは比較的高い電界強度において
自ずから降伏する。
ダイナミックスイッチの導通状態への意図通りの移行は、自然なやり方で発生
するスタート電子の出現の前に行われる。スパークギャップが自ずから降伏する
前に、トリガ時点においてレーザ光によってスタート
電子が発生される。予備放電持続時間中に電極間で雪崩形成及びストリーマ伝播
が行われる。この予備放電持続時間が経過した後で、電極間で電圧が降伏し、こ
のスパークギャップは導通状態になる。
直流電圧スイッチとは対照的に、ダイナミックに負荷がかけられるスイッチで
は、放電チャネルの形成のための前提条件は、すなわちスタティックな降伏電界
強度を越える電界強度値は、このスタティックな降伏電圧を短時間超過すること
によって既に充たされている。従って、スパークギャップを意図通りにトリガす
るためには比較的小さい電荷担体密度で、理想的な場合には唯一のスタート電子
で十分である。このため、高い電荷担体密度を有する高導電性プラズマを発生す
る場合よりも小さい照射強度が必要である。
消費されるトリガレーザエネルギは１ｍＪの範囲にあり、照射強度は数ＭＷ/
ｃｍ2である。レーザビームの集束は必要ない。電極表面を照射する場合には、
ガス容量において発生する電荷担体に加えて光電子放出による電子が金属表面か
ら供給される。消費されるトリガレーザエネルギは、直流電圧スイッチの場合の
ように電極間の隙間を排他的に照射する場合よりも小さい。
トリガレーザビームが集束されず、電極表面に対してパラレルに供給されると
、複数の放電チャネルを同時にトリガする可能性が生じる。従って、できるだけ
多数の放電チャネルを発生するために、長く延びてレール状に配置された電極の
幾何学的構成がとりわけ適当である。このように構成されたマルチチャネルスイ
ッチはレールギャップ-スパークギャップと呼ばれる。このレールギャップ-スパ
ークギャップは極めて小さいスイッチインピーダンスを有し、負荷がかかる比較
的大きな電極表面のために長い寿命を有する。
電極の長さ５０ｃｍを有するレールギャップスイッチは、National Research
Council of CanadaのTayloret.al.によって研究された。トリガレーザとしてＫ
ｒＦレーザ（λ＝２４８ｎｍ）及び窒素レーザ（λ＝３３７ｎｍ）が使用された
。Ａｒ/ＳＦ6スイッチ及びＮ2/ＳＦ6スイッチング混合ガスによって及び最適化
のための添加剤なしでＷ＝２０ｍＪの範囲のレーザエネルギによりスパークギャ
ップのトリガが行われた。
必要なトリガレーザエネルギの低減は、ＫｒＦレーザを使用する際のフルオベ
ンゼン及び窒素レーザを使用する際のプロピルアミンのような容易に光イオン化
可能なガス添加剤を混合することによって実現された。１ｍＪのＫｒＦレーザ照
射によって電極長１メートルあたり７０から１００個の放電チャネルが得られた
。最小トリガエネルギはＷ＝１００μＪであり、最小照射強度はＩ＝３００ｋＷ
ｃｍ-2であった。Ｎ2レーザによるトリガの場合には、エネルギコストＷ＝６０
μＪであった（Taylor,R.S.et al.: “UV Radiation T
riggered Rail-Gap Switches'' ,Rev.of Scient.In strum.,Vol.55,No.2,1984,p
.52-63を参照）。しかし、この場合照射強度はほぼＩ＝４ＭＷｃｍ-2であり、従
ってＫｒＦレーザ照射によるトリガの場合よりもはるかに大きかった。
スパークギャップのエラーのないトリガのための光エネルギ乃至はレーザエネ
ルギの必要量は大きい。従って、比較的高いエネルギを有するトリガ光源が必要
である。この比較的高いエネルギはとりわけトリガ光システムに対するコストに
現れる。
よって、本発明の課題は、スパークギャップが時間的に正確にできるだけ僅か
なレーザエネルギによって遮断状態から導通状態へと移行できる、スイッチング
スパークギャップのための方法を提供することである。このためにはこの方法を
確実に実施しうるスイッチングスパークギャップを提供しなくてはならない。ト
リガ光源のエネルギは小さくなければならない。
上記課題は請求項１記載の方法及び請求項７記載のスイッチングスパークギャ
ップによって解決される。
従属請求項２から６には有利な方法ステップが記されている。従属請求項８か
ら１３には構成のための有利な構成手段が記されている。
スイッチングスパークギャップのトリガに必要な光エネルギ乃至はレーザエネ
ルギは従来技術に比べて非常に小さい。本発明の方法はレンズのようなビーム集
束手段及びこのために必要な微調整装置を必要としない。本発明の方法は本質的
なデザイン変更なしに既存のレーザスイッチングシステムを最適化するために使
用できる。とりわけ有利には同種のレール状電極を有するスパークギャップ、す
なわちマルチチャネルスイッチ、いわゆるレールギャップスパークギャップのス
イッチング特性の最適化が行われる。
次に本発明の方法及びスイッチングスパークギャップを図面に基づいて詳しく
説明する。
図１は、スイッチングスパークギャップの原理的な構造を示す。
図２は、エーロゾル発生器の原理図である。
図３は、レールギャップスパークギャップの点弧遅延時間を示す。
図４は、レールギャップスパークギャップの点弧遅延時間（ジッタ）の標準偏
差を示す。
図５は、Ａｒにおける２％ＳＦ6のエーロゾル微粒子濃度に依存するスパーク
ギャップの自己降伏電圧を示す。
図６は、Ａｒにおける１０％ＳＦ6のエーロゾル微粒子濃度に依存するスパー
クギャップの自己降伏電圧を示す。
スイッチングスパークギャップ４はレールギャップスパークギャップであり、
このレールギャップスパークギャップは電気力線の軸に対して垂直にかつ２つの
電極に対してパラレルに窒素トリガレーザ９によって照射される。エーロゾルは
マグネシウムエーロゾルでり、それに応じてエーロゾル発生器１の２つの犠牲電
極のうちの少なくとも１つはマグネシウムから成る。
既存のシステムのスイッチング特性を最適化するために金属エーロゾルトリガ
方法を適用するには次のことが重要である。すなわち、トリガレーザ９のトリガ
以前に微粒子混合によってレーザスイッチの早められた自己降伏が発生しないこ
とが重要である。
微粒子濃度ｎpに依存するレールギャップスパークギャップ４の自己降伏電圧
の測定は、スパークギャップ４の自己降伏特性は微粒子混合によって影響を受け
ないことを示している（図５及び６）。この微粒子濃度ｎpはエーロゾル発生器
１のスパーク周波数ｆFに比例している。金属エーロゾルスイッチングガスの適
用によってトリガ電圧インターバルは限定されない。
スイッチングガスの中のＭｇ微粒子によってレーザエネルギＷ＝２００ｎＪの
場合にこのスパークギャップ４のエラーのないトリガが行われる。図３の右側の
このトリガエネルギにおいて、スイッチング制御は、微粒子混合なしで及び１０
００倍高いレーザエネルギの場合よりも小さい。
調査された最小のトリガレーザエネルギにおいて照射強度はＩ＝３００Ｗｃｍ-2
であり、従って必要なトリガレーザエネルギの低減のためのこれまでのアプロ
ーチの場合よりも４オーダだけ低い。必要なレーザエネルギ自体は３オーダだけ
小さい。
この方法の作動方式はスパークギャップの所定の電極の幾何学的形状には結び
つけられない。ダイナミックに負荷がかけられるレーザスイッチの意図通りのト
リガは、まず第１に、所定のレーザエネルギでスタート電子が発生されるかどう
かに依存する。この場合、利用されたスタート電荷担体プロセスが決定的な役割
を果たし、電極の幾何学的形状は重要ではない。
金属エーロゾルトリガ方法の物理学的な基礎は、ガス雰囲気中における小さな
球状金属微粒子からの電子の光電子放出の高い量子効率である。この球状金属微
粒子はＹ＞１０-4オーダである。従って、光によってこの微粒子を照射する場合
に、自由運動電子を発生するためにはＮｅ＝１０4の光子で十分である。
この高い量子効率の原因は、微粒子表面の方向へのガス粒子における電子の無
視できる後方散乱及びこれに続く電子の吸収であると考えられる。面法線の方向
への電子放出は最大の放出確率（Austrittswahrscheinlichkeit）を有する。
金属微粒子２はエーロゾル発生器１によって発生される。このエーロゾル発生
器１は放電加工原理（Funkenerosionsprinzip）に従って作動する。トリガ方法
を技術的に変えるために、スイッチングスパークギャップ４のガス供給導管３が
分割され、図１のようにこ
の放電加工発生器１をこのガス供給導管３の間に接続する。エーロゾル発生及び
エーロゾル混合のこのやり方は、一定のスイッチング特性を有するレーザスイッ
チの持続動作に適している。例えばワイヤエクスプロージョン法（Drahtexplosi
onsmethode）のようなエーロゾル発生の別の方法では、スイッチング特性の長時
間安定性はスパークギャップの反復動作の場合に実現できない。
放電加工発生器１では図２の２つの犠牲電極７の間のスパーク放電の結果とし
て球状金属微粒子２が発生する。この放電はキャパシタンスＣSから給電され、
繰り返しスパーク周波数ｆFで燃焼する。アーク放電基点（Lichtbogenfusspunkt
）において電極材料が溶解し、液状の形態でガスチャンバ内に発散される。この
ガスチャンバにおいてこの電極材料は球状に凝固し、ガスストリーム８によって
スイッチングスパークギャップ４に移送される。
犠牲電極７は所定の金属から構成される。微粒子材料の仕事関数ＷAはトリガ
レーザ照射の光子エネルギＷphより小さくなくてはならない。微粒子のスパーク
ギャップにおける堆積を回避するために、微粒子直径はＤp＝５００ｎｍよりも
小さくなければならない。必要な微粒子濃度はｎp＝１０4ｃｍ-3のオーダである
。これは＞１ｌ/ｍｉｎのガスストリーム及びＭｇ電子によって実現される。エ
ーロゾル発生器の放電回路
は、蓄電キャパシタンスがＣS＝２０ｎＦ、充電電圧が１ｋＶ、繰り返し周波数
が少なくとも５Ｈｚであるように構成される。
このトリガ方法はレールギャップスパークギャップ４において使用され、マグ
ネシウム微粒子２の混合によって調査される。マグネシウムの仕事関数はＷA＝
３.６６ｅＶである。使用されるＮ2トリガレーザ９（λ＝３３７ｎｍ）の光子エ
ネルギはこのＷA=３.６６ｅＶより大きくＷph＝ｈν＝３.６８ｅＶである。平均
マグネシウム微粒子直径はＤp＝１００ｎｍであり、スイッチングガスにおける
微粒子濃度ｎp＞１０4ｃｍ-3である。
まず最初に実験上の理由からアルゴン及びＳＦ6のスイッチングガス基本混合
で作動される（図５及び６）。しかし、原理的にはこのトリガ方法の機能のため
には混合ガスの使用は必要不可欠ではない。一成分スイッチングガス又は多成分
スイッチングガスもこのスイッチングスパークギャップ４の動作のために使用で
きる。
エーロゾルスイッチングガスを有するスパークギャップのトリガのためにエネ
ルギが少ししか必要ないことは、トリガレーザエネルギに依存するスパークギャ
ップ４の点弧遅延時間、つまりレーザパルスの開始時点からスパークギャップ４
を介する電圧降伏の開始時点までの時間の測定によって図３からとりわけ明らか
である。アルゴンにおける１０％ＳＦ6の基本混合、ガス圧ｐ＝２ｂａｒabsolut e
及びＭｇ微粒子混合なしの場合、レーザエネルギＷ＝２０μＪにおいてレーザ
トリガは遅延時間が大きくて散発的にしか発生しない。全トリガ試験の５０％よ
り多くのトリガ試験では、この場合スパークギャップ４はレーザ照射時点のかな
り後で比較的高い電圧値で自ずから降伏する。従って、点弧遅延時間（図３）及
びスパークギャップ４のスイッチングばらつき（ジッタ）（図４）は大きく、１
４５ｎｓ乃至は１６７ｎｓである。
参照符号リスト
１ 放電加工発生器、エーロゾル発生器
２ 金属微粒子
３ ガス供給導管、接続導管
４ スイッチングスパークギャップ、レールギャップスパークギャップ、スパー
クギャップ
５ ガス導管、導管
６ スイッチングガス供給部
７ ガスストリーム
８ トリガ光源、トリガレーザ、Ｎ2トリガレーザThe present invention relates to a method for triggering a switching spark gap and to a switching spark gap operated according to this method. The invention relates to a method for triggering a switching spark gap. . The aim is to be free to use switches that can be reliably switched on at predetermined times for high-voltage discharges in various processes. The following solutions are known for this purpose. That is, a gaseous additive (fluorbenzene), which can be easily photoionized, is mixed with the insulating gas in the spark gap chamber, and the additive then activates the ignition channel via photoionization by irradiation with a light source of the appropriate wavelength. Release start electrons for formation (Dougal, RAe tal .; “Fundamental Processes in Laser-Triggered Eleclrical Breakdown of Gases”, J. Appl. Phys., Vol. 17 (1984), p. 903-918, (See printed in Great Britain.) As a light source for bringing the spark gap into conduction, a so-called trigger light source, an incoherent light source such as a UV beam generator or a coherent light source such as a laser proved to be suitable. The latter is well known by the concept of a laser trigger, from JP 1-81185A, a method and corresponding device for triggering a switching spark gap. In this case, a spark arc discharge between the electrodes 6 and 1 generates an ionized metal vapor by partial irradiation of the gap between these electrodes by a light source 14 of a predetermined wavelength. Light-triggered switching spark gaps are well known: an auxiliary spark gap G5 causes an ultraviolet beam which fires a trigger spark gap G4, which in turn fires a switching spark gap G1. The laser trigger achieves the temporally intended resolution of the discharge in the spark gap by irradiating the electrode gap or the electrode surface with laser light.The laser energy required to trigger the spark gap is Of the generation of photoelectric charge carriers used It depends on the type of operation of the spark gap and the spark gap In principle, the switch is different from a dynamically loaded switch and a DC voltage switch, which is always energized before the spark gap is triggered. The discharge in a gas-insulated homogeneous electric field device can only take place if the effective collision ionization coefficient α eff in the gas is greater than zero, and thus an avalanche increase of free motion charge carriers results from this collision ionization. If the field strength is smaller than the static breakdown field strength, α eff ≦ 0 holds. Since the DC voltage switch must be reliably isolated before triggering, its operating voltage must be less than its static breakdown voltage U DC . The ionization energy of the gas atoms is greater than W i = 12 eV and therefore greater than the photon energy of the laser beam. This photon energy is smaller than W ph = 4.5 eV depending on the wavelength of the laser. Free-moving charge carriers in the plasma are therefore generated only by simultaneous absorption of multiple photons, by so-called multiphoton ionization (Grey Mprgen, C .: “Laser-induced Breakdown of Gases”, Rep. Prog. Phys., (See Vol. 38, 1975, pp. 621-665.) Multiphoton ionization is a severely nonlinear effect, which appears for the first time at high irradiation intensities. Charge carrier density n sufficient to trigger a DC voltage switch > 10 16 cm -3 (Dougal, RA et al .; “Fundamental Processes in the Laser-Triggered Electrical Breakdown of Gases”, J. Appl. Phys., Vol. 60 (1986), p. 4240-4247). The required irradiation intensity for generating a conductive plasma having the current is I = 1 GWcm −2 . This irradiation intensity is achieved only by focusing the laser beam in the gap between the electrodes. The required laser energy is W> 100 mJ. When focusing the laser beam on the electrode surface, the trigger energy is approximately one order of magnitude less than when focusing on the gas volume between the electrodes. The required laser energy is W = 10 mJ (Dougal, RA et al .; "Fundamental Prpcesses in Laser-Triggered Electrical Breadkown of Gases", J. Appl. Phys., Vol. 17 (1984), p. 903). -918) Metal evaporated from the electrode material in this case increases the conductivity of the plasma, and free-moving electrons are released from the electrode surface by photoemission In pulsed-power technology (Plused-Power Technik) and almost all short-circuits In time-physical applications, the switching spark gap is applied with a pulsed voltage u (t) and is therefore dynamically loaded, the energy cost of which is relatively low for the triggering of dynamically loaded switches. The voltage at this switch exceeds the static breakdown voltage very rapidly, in a natural way, ie by radiation beams or cosmic rays. This spark gap naturally falls off at relatively high electric field strengths when free-moving start electrons are formed.The intended transition of the dynamic switch to the conducting state occurs before the appearance of the start electrons, which occurs in a natural manner. Before the spark gap naturally falls off, start electrons are generated by the laser beam at the trigger time, and during the predischarge duration, avalanche formation and streamer propagation occur between the electrodes. After a lapse of time, the voltage drops between the electrodes and this spark gap becomes conductive.In contrast to DC voltage switches, for dynamically loaded switches the prerequisite for the formation of the discharge channel is That is, a field strength value exceeding the static breakdown field strength It has already been filled by a brief overshoot of the voltage, so that a relatively low charge carrier density and, in the ideal case, only one start electron are sufficient to trigger the spark gap as intended. This requires a lower irradiation intensity than when generating a highly conductive plasma with a high charge carrier density The trigger laser energy consumed is in the range of 1 mJ and the irradiation intensity is several MW / cm 2 . There is no need to focus the laser beam: when illuminating the electrode surface, electrons from photoemission are supplied from the metal surface in addition to the charge carriers generated in the gas volume. The consumed trigger laser energy is less than when exclusively exposing the gap between the electrodes as in the case of a DC voltage switch. If the trigger laser beam is not focused and is fed in parallel to the electrode surface, there is a possibility of triggering multiple discharge channels simultaneously. In order to generate as many discharge channels as possible, therefore, the geometry of the elongated, rail-shaped electrodes is particularly suitable. The multi-channel switch thus configured is called a rail gap-spark gap. This rail gap-spark gap has a very low switch impedance and a long life due to the relatively large loaded electrode surface. A rail gap switch having an electrode length of 50 cm was studied by Tayloret.al. Of the National Research Council of Canada. A KrF laser (λ = 248 nm) and a nitrogen laser (λ = 337 nm) were used as trigger lasers. The spark gap was triggered by a laser energy in the range of W = 20 mJ with an Ar / SF 6 switch and N 2 / SF 6 switching gas mixture and without additives for optimization. The required reduction in trigger laser energy was achieved by mixing an easily photoionizable gas additive such as fluobenzene when using a KrF laser and propylamine when using a nitrogen laser. Irradiation of 1 mJ of KrF laser resulted in 70 to 100 discharge channels per meter of electrode length. The minimum trigger energy was W = 100 μJ, and the minimum irradiation intensity was I = 300 kW cm −2 . In the case of triggering with the N 2 laser, the energy cost W was 60 μJ (Taylor, RSet al .: “UV Radiation Triggered Rail-Gap Switches”, Rev. of Scient. Instrum., Vol. 55). , No. 2, 1984, pp. 52-63.) However, in this case, the irradiation intensity was approximately I = 4 MWcm −2 , and was therefore much larger than in the case of triggering by KrF laser irradiation. The optical or laser energy requirements for error-free triggering are high, so that a trigger source with a relatively high energy is required, which in particular represents a cost for the triggering light system. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a switching spark gap in which the spark gap can be switched from a cut-off state to a conducting state with as little laser energy as possible in time. To achieve this, a switching spark gap has to be provided, in which the method can be implemented reliably, and the energy of the trigger source must be small. And the switching spark gap according to claim 7. Advantageous method steps are specified in dependent claims 2 to 6. Advantageous configuration means for the configuration are specified in dependent claims 8 to 13. The light energy or laser energy required for triggering the switching spark gap is very small compared to the prior art, and the method according to the invention uses beam focusing means, such as a lens, and the fine adjustment required for this. No, the method of the present invention can be used to optimize existing laser switching systems without substantial design changes. It is particularly advantageous to optimize the switching characteristics of spark gaps with the same type of rail-shaped electrode, ie multi-channel switches, so-called rail gap spark gaps. Fig. 1 shows a principle structure of a switching spark gap Fig. 2 shows a principle diagram of an aerosol generator Fig. 3 shows a firing delay time of a rail gap spark gap. 4 shows the standard deviation of the ignition delay time (jitter) of the rail gap spark gap. FIG. 5 shows the self-breakdown voltage of the spark gap depending on the aerosol fine particle concentration of 2% SF 6 in Ar. FIG. 6 shows the self-breakdown voltage of the spark gap depending on the aerosol particulate concentration of 10% SF 6 in Ar. The switching spark gap 4 is a rail gap spark gap. The rail gap spark gap is irradiated by the nitrogen trigger laser 9 perpendicularly to the axis of the electric field line and parallel to the two electrodes. The aerosol is a magnesium aerosol, and accordingly at least one of the two sacrificial electrodes of the aerosol generator 1 consists of magnesium. To apply the metal aerosol trigger method to optimize the switching characteristics of existing systems, the following is important. That is, it is important that premature self-breakdown of the laser switch does not occur due to particle mixing before the trigger laser 9 is triggered. Measurements of the self-breakdown voltage of the rail gap spark gap 4 depending on the particle concentration np show that the self-breakdown characteristics of the spark gap 4 are not affected by the particle mixing (FIGS. 5 and 6). This fine particle concentration n p is proportional to the spark frequency f F of the aerosol generator 1. The trigger voltage interval is not limited by the application of the metal aerosol switching gas. When the laser energy W is 200 nJ by the Mg fine particles in the switching gas, the spark gap 4 is triggered without error. At this trigger energy on the right side of FIG. 3, the switching control is less than without particle mixing and at a laser energy 1000 times higher. At the lowest trigger laser energy investigated, the illumination intensity is I = 300 Wcm −2 , and therefore is only four orders of magnitude lower than previous approaches to reducing the required trigger laser energy. The required laser energy itself is only three orders of magnitude smaller. The mode of operation of this method is not tied to the predetermined electrode geometry of the spark gap. The intended triggering of dynamically loaded laser switches depends first of all on whether or not start electrons are generated at a given laser energy. In this case, the utilized start charge carrier process plays a decisive role, and the geometry of the electrodes is not critical. The physical basis of the metal aerosol trigger method is the high quantum efficiency of photoemission of electrons from small spherical metal particles in a gaseous atmosphere. These spherical metal fine particles have an order of Y> 10 -4 . Therefore, when irradiating the fine particles with light, a photon of Ne = 10 4 is sufficient to generate free motion electrons. It is believed that the cause of this high quantum efficiency is negligible backscattering of electrons in the gas particles towards the particle surface and subsequent absorption of the electrons. Electron emission in the direction of the surface normal has the highest emission probability. (Austrittswahrscheinlichkeit). The metal fine particles 2 are generated by the aerosol generator 1. The aerosol generator 1 operates according to the principle of electric discharge machining (Funkenerosionsprinzip). In order to technically change the triggering method, the gas supply conduit 3 of the switching spark gap 4 is split and the EDM generator 1 is connected between the gas supply conduits 3 as shown in FIG. This manner of aerosol generation and aerosol mixing is suitable for sustained operation of laser switches having constant switching characteristics. With other methods of aerosol generation, for example the wire explosion method (Drahtexplosion methods), long-term stability of the switching characteristics cannot be achieved in the case of repeated operation of the spark gap. In the electric discharge machine 1, spherical metal fine particles 2 are generated as a result of spark discharge between the two sacrificial electrodes 7 in FIG. This discharge is powered by a capacitance C S, it is combusted with repetition spark frequency f F. At the arc discharge origin (Lichtbogenfusspunkt), the electrode material dissolves and emanates in gas form into the gas chamber. In the gas chamber, the electrode material solidifies spherically and is transported by the gas stream 8 to the switching spark gap 4. The sacrificial electrode 7 is made of a predetermined metal. The work function W A of the particulate material must be smaller than the photon energy W ph of the trigger laser irradiation. The particle diameter must be smaller than D p = 500 nm to avoid the accumulation of particles in the spark gap. The required fine particle concentration is on the order of n p = 10 4 cm -3 . This is achieved with a gas stream> 1 l / min and Mg electrons. The discharge circuit of the aerosol generator is configured such that the storage capacitance is C S = 20 nF, the charging voltage is 1 kV, and the repetition frequency is at least 5 Hz. This trigger method is used in the rail gap spark gap 4 and is investigated by the mixing of the magnesium particles 2. The work function of magnesium is W A = 3.66 eV. Photon energy of N 2 trigger laser 9 used (lambda = 337 nm) is larger W ph = hν = 3.68eV from the W A = 3.66 eV. The average magnesium fine particle diameter is Dp = 100 nm, and the fine particle concentration np > 10 4 cm −3 in the switching gas. First, it is operated with a switching gas basic mixture of argon and SF 6 for experimental reasons (FIGS. 5 and 6). However, in principle, the use of a gas mixture is not essential for the functioning of this trigger method. A one-component switching gas or a multi-component switching gas can also be used for the operation of this switching spark gap 4. The fact that only a small amount of energy is required for triggering the spark gap with the aerosol switching gas means that the ignition delay time of the spark gap 4 depends on the trigger laser energy, i.e. the voltage breakdown through the spark gap 4 from the start of the laser pulse. 3 is particularly evident from the measurement of the time to the beginning of With a basic mixing of 10% SF 6 in argon, a gas pressure p = 2 bar absolut e and no Mg particulate mixing, at laser energy W = 20 μJ the laser trigger has a large delay time and occurs only sporadically. For more than 50% of the trigger tests, the spark gap 4 naturally breaks down at a relatively high voltage value well after the laser irradiation. Therefore, the ignition delay time (FIG. 3) and the switching variation (jitter) of the spark gap 4 (FIG. 4) are large, and are 145 ns to 167 ns. Reference list 1 Electric discharge machining generator, aerosol generator 2 Metal fine particles 3 Gas supply conduit, connection conduit 4 Switching spark gap, rail gap spark gap, spark gap 5 Gas conduit, conduit 6 Switching gas supply unit 7 Gas stream 8 Trigger light source , trigger the laser, N 2 laser trigger
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月８日（１９９９．１２．８）
【補正内容】
（１）明細書の第１頁第１行〜第８頁最終行を以下の通り補正する。
「
明細書
ガス絶縁スイッチングスパークギャップをトリガするための方法及びこの方法を
適用するための装置
本発明はスイッチングスパークギャップをトリガするための方法及びこの方法
に従って動作され直流電圧スイッチとして又はダイナミックに負荷がかけられる
スイッチングスパークギャップに関する。
目的は、様々なプロセスにおける高圧放電のために予め定められた時点におい
て確実に導通状態に移行可能なスイッチを自由に使用できることである。このた
めに次のような解決法が周知である。すなわち、スパークギャップチャンバにお
いて絶縁ガスに容易に光イオン化可能なガス状の添加剤（フルオベンゼン）を混
合し、この添加剤が次いで適当な波長の光源による照射によって光イオン化を介
して点弧チャネルを形成するためのスタート電子をリリースする（Dougal,R.A.e
tal.;“Fundamental Processes in Laser-Triggered Electrical Breakdown of
Gases'',J.Appl.Phys.,Vol.17(1984),p.903-918,printed in Great Britainを参
照）。
スパークギャップを導通状態に移行させる光源、いわゆるトリガ光源としては
、ＵＶビーム発生器のようなインコヒーレント光源又はレーザのようなコヒーレ
ント光源が適していることが実証された。後者はレーザトリガという概念により
周知である。
ＪＰ１-８1１８５Ａからスイッチングスパークギャップのトリガのための方法
及び相応の装置が周知である。この場合、電極６と１との間のスパークアーク放
電は、予め定められた波長の光源１４によるこれらの電極の間の隙間の部分照射
によってイオン化された金属蒸気を発生する。
ＵＳ４６0４５５４から光トリガスイッチングスパークギャップが周知である
。補助スパークギャップＧ５が紫外線ビームを惹起し、この紫外線ビームがトリ
ガスパークギャップＧ４を点弧し、このトリガスパークギャップＧ４が今度はス
イッチングスパークギャップＧ１の点弧をもたらす。
レーザトリガによって、レーザ光による電極の隙間の乃至は電極表面の照射に
よりスパークギャップにおける放電の時間的に意図した通りの分解能が達成され
る。スパークギャップのトリガのために必要なレーザエネルギは、利用される光
電的電荷担体発生のメカニズム及びスパークギャップの動作形式に依存する。
原理的には、ダイナミックに負荷をかけられるスイッチと直流電圧スイッチと
は異なる。直流電圧スイッチにはスパークギャップのトリガの前に常に絶縁すベ
き電圧が印加されている。ガスにおける有効衝突イオン化係数αeffがゼロより
大きく、従って自由運動電荷担体の雪崩的な増加がこの衝突イオン化の結果発生
する場合にのみ、ガス絶縁された均一電界装置における放電が行われる。電界強
度がスタティックな降伏電界強度より小さい場合にはαeff≦０が成り立つ。直
流電圧スイッチはトリガの前に確実に絶縁されなければならないので、その動作
電圧はそのスタティックな降伏電圧ＵDCよりも小さくなくてなならない。
ガス原子のイオン化エネルギはＷi＝１２eVより大きく、従ってレーザビーム
の光子エネルギよりも大きい。この光子エネルギはレーザの波長に応じてＷph＝
４...５eVよりも小さい。プラズマの自由運動電荷担体は従って複数の光子の同
時吸収によって、いわゆるマルチフォトンイオン化（Multiphotonenionisation
＝ＭＰＩ）によってのみ発生される（Grey Mprgen,C.:“Laser-induced Breakdo
wn of Gases'',Rep.Prog.Phys.,Vol.38.,1975,p.621-665を参照）。
マルチフォトンイオン化は甚だしく非線形な効果であり、この非線形効果は高
い照射強度において初めて現れる。直流電圧スイッチのトリガに十分な電荷担体
密度ｎ＞１０16ｃｍ-3(Dougal,R.A.et al.;“Fundamental Processes in the La
ser-Triggered Electrical Breakdown of Gases'',J.Appl.Phys.,Vol.60(1986),
p.4240-4247)を有する導電性プラズマの発生のために必要な照射強度はＩ＝１Ｇ
Ｗcｍ-2である。この照射強度はレーザビームを電極の隙間に集束することによ
ってのみ達成される。必要なレーザエネルギはＷ＞１００ｍＪである。
レーザビームを電極表面に集束させる場合、トリガエネルギは電極間のガス容
積に集束させる場合よりもほぼ１オーダ小さい。必要なレーザエネルギはＷ＝１
０ｍＪである（Dougal,R.A.et al.;“Fundamental Processes in Laser-Trigger
ed Electrical Breakdown of Gases'',J.Appl.Phys.,Vol.17(1984),p.903-918)
。電極材料から蒸発した金属はこの場合プラズマの導電率を高める。さらに自由
運動電子は光電子放出によって電極表面からリリースされる。
パルスドパワー技術（Plused-Power Technik）において及びほぼ全ての短時間
物理的なアプリケーションにおいては、スイッチングスパークギャップにはパル
ス状電圧ｕ（ｔ）が印加され、従ってダイナミックに負荷がかけられる。ダイナ
ミックに負荷がかけられるスイッチのトリガにはエネルギコストは比較的低い。
このスイッチにおける電圧はスタティックな降伏電圧を非常に急激に上回る。自
然なやり方で、すなわち放射線ビーム又は宇宙線によって自由運動スタート電子
が形成された場合、このスパークギャップは比較的高い電界強度において自ずか
ら降伏する。
ダイナミックスイッチの導通状態への意図通りの移行は、自然なやり方で発生
するスタート電子の出現の前に行われる。スパークギャップが自ずから降伏する
前に、トリガ時点においてレーザ光によってスタート電子が発生される。予備放
電持続時間中に電極間で雪崩形成及びストリーマ伝播が行われる。この予備放電
持続時間が経過した後で、電極間で電圧が降伏し、このスパークギャップは導通
状態になる。
直流電圧スイッチとは対照的に、ダイナミックに負荷がかけられるスイッチで
は、放電チャネルの形成のための前提条件は、すなわちスタティックな降伏電界
強度を越える電界強度値は、このスタティックな降伏電界強度を短時間超過する
ことによって既に充たされている。従って、スパークギャップを意図通りにトリ
ガするためには比較的小さい電荷担体密度で、理想的な場合には唯一のスタート
電子で十分である。このため、高い電荷担体密度を有する高導電性プラズマを発
生する場合よりも小さい照射強度が必要である。
消費されるトリガレーザエネルギは１ｍＪの範囲にあり、照射強度は数ＭＷ/
ｃｍ2である。レーザビームの集束は必要ない。電極表面を照射する場合には、
ガス容量において発生する電荷担体に加えて光電子放出による電子が金属表面か
ら供給される。消費されるトリガレーザエネルギは、直流電圧スイッチの場合の
ように、電極間の隙間を排他的に照射する場合よりも小さい。
トリガレーザビームが集束されず、電極表面に対してパラレルに供給されると
、複数の放電チャネルを同時にトリガする可能性が生じる。従って、できるだけ
多数の放電チャネルを発生するために、長く延びてレール状に配置された電極の
幾何学的構成がとりわけ適当である。このように構成されたマルチチャネルスイ
ッチはレールギャップ-スパークギャップと呼ばれる。このレールギャップ-スパ
ークギャップは極めて小さいスイッチインピーダンスを有し、負荷がかかる比較
的大きな電極表面のために長い寿命を有する。
電極の長さ５０ｃｍを有するレールギャップスイツチは、National Research
Council of CanadaのTaylor et.al.によって研究された。トリガレーザとしてＫ
ｒＦレーザ（λ＝２４８ｎｍ）及び窒素レーザ（λ＝３３７ｎｍ）が使用された
。Ａｒ/ＳＦ6スイッチ及びＮ2/ＳＦ6スイッチング混合ガスによって及び最適化
のための添加剤なしでＷ＝２０ｍＪの範囲のレーザエネルギによりスパークギャ
ップのトリガが行われた。
必要なトリガレーザエネルギの低減は、ＫｒＦレーザを使用する際のフルオべ
ンゼン及び窒素レーザを使用する際のプロピルアミンのような容易に光イオン化
可能なガス添加剤を混合することによって実現された。１ｍＪのＫｒＦレーザ照
射によって電極長１メートルあたり７０から１００個の放電チャネルが得られた
。最小トリガエネルギはＷ=１００μＪであり、最小照射強度はＩ＝３００ｋＷ/
ｃｍ2であった。Ｎ2レーザによるトリガの場合には、エネルギコストＷ＝６０μ
Ｊであった（Taylor,R.S.et al.:“UV Radiation Triggered Rail-Gap Switches
'',Rev.of Scient.Instrum.,Vol.55,No.2,1984,p.52-63を参照）。しかし、この
場合照射強度はほぼI＝４ＭＷ/ｃｍ2であり、従ってＫｒＦレーザ照射によるト
リガの場合よりもはるかに大きかった。
W.Frey及びA.J.Schwabはオーストリアのグラーツで１９９７年８月２８日〜９
月１日まで行われたNinth International Symposiumon High Voltage Engineeri
ngにおいて金属エーロゾル粒子の光電子放出によりスタート電子の発生を有する
レーザトリガ式レールギャップスパークギャップについて報告を行った。この
ために適当な波長及び低いレーザエネルギのレーザビームはこのスパークギャッ
プの電極の隙間を貫くように配向される。このスパークギャップの内部空間はガ
ス、例えばＡｒによって充填されており、このガスの中には金属エーロゾル微粒
子が分散されている。レーザ光はエーロゾル微粒子における光電子放出によって
スタート電子をリリースさせ、このスタート電子は、スパークギャップの内部の
スイッチングガス密度及び電極間の初期電位差のような適当な条件下では電極間
に短絡を開始させる。重要なことは、スタート電子を発生させるレーザビームが
電極の隙間を通過することである。
スパークギャップのエラーのないトリガのための光エネルギ乃至はレーザエネ
ルギの必要量は大きい。従って、比較的高いエネルギを有するトリガ光源が必要
である。この比較的高いエネルギはとりわけトリガ光システムに対するコストに
現れる。
よって、本発明の課題は、スパークギャップが時間的に正確にできるだけ僅か
なレーザエネルギによって遮断状態から導通状態へと移行できる、スイッチング
スパークギャップのための方法を提供することである。さらにこの方法を確実に
実施しうるスイッチングスパークギャップを提供しなくてはならない。トリガ光
源のエネルギは小さくなければならない。このスイッチングスパークギャップは
高圧パルス発生装置におけるスイッチとして使用できなければならない。
上記課題は請求項１記載の方法及び請求項６記載のスイッチングスパークギャ
ップによって解決される。このスイッチングスパークギャップは請求項１３によ
れば直流電圧スイッチ又はダイナミックに負荷をかけられるスイッチとして使用
される。
従属請求項２から５には有利な方法ステップが記されている。従属請求項７か
ら１２には構成のための有利な構成手段が記されている。
スイッチングスパークギャップのトリガに必要な光エネルギ乃至はレーザエネ
ルギは従来技術に比べて非常に小さい。本発明の方法はレンズのようなビーム集
束手段及びこのために必要な微調整装置を必要としない。本発明の方法は本質的
なデザイン変更なしに既存のレーザスイッチングシステムを最適化するために使
用できる。とりわけ有利には同種のレール状電極を有するスパークギャップ、す
なわちマルチチャネルスイッチ、いわゆるレールギャップスパークギャップのス
イッチング特性の最適化が行われる。
次に本発明の方法及びスイッチングスパークギャップを図面に基づいて詳しく
説明する。
図１は、スイッチングスパークギャップの原理的な構造を示す。
図２は、エーロゾル発生器の原理図である。
図３は、レールギャップスパークギャップの点弧遅延時間を示す。
図４は、レールギャップスパークギャップの点弧遅延時間（ジッタ）の標準偏
差を示す。
図５は、Ａｒにおける２％ＳＦ6のエーロゾル微粒子濃度に依存するスパーク
ギャップの自己降伏電圧を示す。
図６は、Ａｒにおける１０％ＳＦ6のエーロゾル微粒子濃度に依存するスパー
クギャップの自己降伏電圧を示す。
スイッチングスパークギャップ４はレールギャップスパークギャップであり、
このレールギャップスパークギャップは電気力線の軸に対して垂直にかつ２つの
」
（２）請求の範囲を別紙の通り補正する。
請求の範囲
1. 予め設定された絶縁ガス圧力下に置かれかつガス絶縁されたスイッチング
スパークギャップを光源によってトリガするための方法において、
該方法は以下のステップから構成される、すなわち、
放電加工発生器（１）は前記スイッチングスパークギャップ（４）への絶縁ガ
ス成分の供給導管（３）に組み込まれ、予め設定された圧力下に置かれ、
スパーク放電が２つの電極（７）、つまり犠牲電極の間で発生し予め設定可能
な繰り返し周波数で動作される前記放電加工発生器（１）において、その都度の
放電により発生されるスパークアーク放電の基点において電極材料が溶解し、該
電極材料は液体状の形態で前記犠牲電極（７）の隙間に発散され、前記犠牲電極
（７）の隙間において貫流する絶縁ガス成分において沈下しない浮遊可能な小さ
い球状の微粒子、いわゆる金属エーロゾルに凝固し、ガスストリームによって連
れ去られて前記スイッチングスパークギャップ（４）に移送され、
前記スイッチングスパークギャップの電極の間の隙間は、点弧のために予め設
定された波長の光源（９）つまりトリガ光源によって少なくとも部分的に照射さ
れ、これにより前記スイッチングスパークギャップ（４）の電極の間に少なくと
も１つの放電チャネルを形成するためにスタート電子が予め設定される時点にお
いて光電子放出を介して前記絶縁ガスに含まれる金属エーロゾル微粒子からリリ
ースされ、
トリガ光ビーム（９）の軸は前記スイッチングスパークギャップ（４）の電極
の間の隙間の中心に向けられることを特徴とする、予め設定された絶縁ガス圧力
下に置かれかつガス絶縁されたスイッチングスパークギャップを光源によってト
リガするための方法。
2. スイッチングスパークギャップ（４）に対して、ＳＦ6又はＮ2のような一
成分絶縁ガスか又はＮ2/Ａｒ混合ガスのような少なくとも二成分絶縁ガスか又は
最も簡単な場合には空気が使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 絶縁ガス/スイッチングガスとして９８〜８６％のＡｒ及びこれに対して
補足的にＳＦ6から成る混合気を使用し、非電気陰性ガス成分Ａｒがエーロゾル
発生器（１）を貫いて流れることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. トリガ光源（９）としてエーロゾル微粒子から電子を光電子放出させるた
めに適当なインコヒーレントな光源が使用されることを特徴とする請求項３記載
の方法。
5. トリガ光源（９）としてレーザが使用され、該レーザは光電子放出によっ
て絶縁ガスエーロゾルの微粒子から電子をリリースさせることを特徴とする請求
項３記載の方法。
6. 請求項１〜５までのうちの１項記載の方法を実施するための装置であって
、
該装置は光トリガされるスイッチングスパークギャップから構成されており、
以下の構成を有する、すなわち、
横断方向トリガの場合にはトリガ光源（９）の光ビームの軸は前記スイッチン
グスパークギャップ（４）の壁面の石英ガラスのような光透過性ウィンドウを貫
いてさらに電極間の隙間の中心を通過し、又は長手方向トリガの場合には両方の
電極のうちの１つの電極におけるこのようなウィンドウを貫いて通過する、請求
項１〜５までのうちの１項記載の方法を実施するための装置において、
放電加工発生器（１）は、直接的に圧力調整装置を有するスイッチングガス供
給部（６）に接続されており、さらに圧力ガス供給導管（３）を介して前記スイ
ッチングスパークギャップ（４）のチャンバに結合されており、
前記放電加工発生器（１）と前記スイッチングスパークギャップ（４）のスパ
ークチャンバとの間のこの導管（３）には、さらに別の絶縁ガス成分のための少
なくとも１つのさらに別の導管（５）が設けられており、この結果少なくとも一
成分絶縁ガスが前記スイッチングスパークギャップ（４）に供給され、
前記放電加工発生器（１）の２つの電極のうちの少なくとも１つは、犠牲電極
として構成されており、該犠牲電極は金属エーロゾル源であり、さらに容易に除
去可能な金属材料から成るか又はこの容易に除去可能な金属材料によって被覆さ
れていることを特徴とする、請求項１〜５までのうちの１項記載の方法を実施す
るための装置。
7. スイッチングスパークギャップ（４）の電極は、導通接続状態には２つの
前記電極の間に少なくとも１つのアーク放電チャネルが形成されるように構成さ
れることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. スイッチングスパークギャップ（４）の２つの電極は同一で、レール状で
あり、互いにパラレルに設けられている（レールギャップ）ことを特徴とする請
求項７記載の装置。
9. トリガ光源（９）は例えばＵＶ光源のようなインコヒーレントなビーム光
源であり、この光源の波長はエーロゾル微粒子からの電子の光電子放出のための
長波限界よりも小さく、予め設定される強度で放射されることを特徴とする請求
項８記載の装置。
10．トリガ光源（９）は例えば窒素レーザのようなレーザであることを特徴と
する請求項９記載の装置。
11．エーロゾルの金属微粒子源はマグネシウム又は銅又はその他の容易に金属
微粒子を供給する金属から成ることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12．放電加工発生器（１）のガス供給導管（３）は直接的に２つの犠牲電極の
隙間につながっていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13．スイッチングスパークギャップ（４）は直流電圧スイッチ又はダイナミッ
クに負荷をかけられるスイッチとして使用されることを特徴とする、請求項１〜
５までのうちの１項記載の方法に従って動作され、さらに請求項６〜１２までの
うちの１項記載の装置に従って構成されるスイッチングスパークギャップの使用
。[Procedure amendment] [Submission date] December 8, 1999 (1999.12.2.8) [Contents of amendment] (1) Amendment of page 1, line 1 to page 8 last line as follows I do. The present invention relates to a method for triggering a gas-insulated switching spark gap and a device for applying this method. The invention relates to a method for triggering a switching spark gap and to operate according to this method, wherein the load is applied as a DC voltage switch or dynamically. The aim is to be able to use freely a switch that can be reliably switched on at a predetermined point in time for high-voltage discharge in various processes. The method is well known: a gaseous additive (fluorbenzene) which can be easily photoionized is mixed with the insulating gas in a spark gap chamber, and the additive then undergoes photoionization by irradiation with a light source of a suitable wavelength. To form an ignition channel via (Dougal, RAe tal .; “Fundamental Processes in Laser-Triggered Electrical Breakdown of Gases”, J. Appl. Phys., Vol. 17 (1984), p. 903-918, printed in Great See Britain). An incoherent light source, such as a UV beam generator, or a coherent light source, such as a laser, has proved to be suitable as a light source for bringing the spark gap into a conducting state, a so-called trigger light source. The latter is well known by the concept of a laser trigger. A method and a corresponding device for triggering a switching spark gap are known from JP 1-81185A. In this case, the spark arc discharge between the electrodes 6 and 1 generates a metal vapor ionized by the partial irradiation of the gap between these electrodes by the light source 14 of a predetermined wavelength. Light triggered switching spark gaps are known from US Pat. No. 4,604,554. The auxiliary spark gap G5 causes an ultraviolet beam, which ignites the trigger spark gap G4, which in turn causes the switching spark gap G1 to fire. The laser trigger achieves the intended temporal resolution of the discharge in the spark gap by irradiating the gap between the electrodes or the electrode surface with the laser light. The laser energy required to trigger the spark gap depends on the photoelectric charge carrier generation mechanism utilized and the mode of operation of the spark gap. In principle, switches that can be dynamically loaded and DC voltage switches are different. The insulation voltage is always applied to the DC voltage switch before the spark gap is triggered. A discharge in a gas-insulated homogeneous electric field device takes place only if the effective impact ionization coefficient α eff in the gas is greater than zero, and thus an avalanche increase of free motion charge carriers results from this impact ionization. If the field strength is smaller than the static breakdown field strength, α eff ≦ 0 holds. Since the DC voltage switch must be reliably isolated before triggering, its operating voltage must be less than its static breakdown voltage U DC . The ionization energy of the gas atoms is greater than W i = 12 eV and therefore greater than the photon energy of the laser beam. This photon energy is smaller than W ph = 4.5 eV depending on the wavelength of the laser. By simultaneous absorption of free movement charge carriers thus more photons of plasma, so-called multi-photon ionization is generated only by the (M ulti p hotonen i onisation = MPI) (Grey Mprgen, C:. "Laser-induced Breakdo wn of Gases '', Rep. Prog. Phys., Vol. 38, 1975, p. 621-665.) Multiphoton ionization is a severely nonlinear effect, which appears for the first time at high irradiation intensities. The charge carrier density n> 10 16 cm -3 sufficient for triggering the switch (Dougal, RA et al .; “Fundamental Processes in the Laser-Triggered Electrical Breakdown of Gases”, J. Appl. Phys., Vol. 60 ( 1986), p. 4240-4247), the irradiation intensity required for the generation of a conductive plasma is I = 1 G Wcm -2 . This irradiation intensity is achieved only by focusing the laser beam in the gap between the electrodes. The required laser energy is W> 100 mJ. When focusing the laser beam on the electrode surface, the trigger energy is approximately one order of magnitude less than when focusing on the gas volume between the electrodes. The required laser energy is W = 10 mJ (Dougal, RA et al .; "Fundamental Processes in Laser-Triggered Electrical Breakdown of Gases", J. Appl. Phys., Vol. 17 (1984), p. 903). The metal evaporated from the electrode material increases the conductivity of the plasma in this case, and free-moving electrons are released from the electrode surface by photoemission In pulsed power technology (Plused-Power Technik) and almost all short-circuits In time-physical applications, the switching spark gap is applied with a pulsed voltage u (t) and is therefore dynamically loaded, the energy cost of triggering a dynamically loaded switch being relatively low. The voltage at this switch exceeds the static breakdown voltage very rapidly and is free in a natural way, ie by radiation beam or cosmic rays. When a dynamic start electron is formed, this spark gap naturally falls off at relatively high field strengths.The intended transition of the dynamic switch to the conducting state occurs before the appearance of the start electron, which occurs in a natural manner. Before the spark gap naturally falls off, start electrons are generated by the laser beam at the trigger time, avalanche formation and streamer propagation occur between the electrodes during the predischarge duration, and this predischarge duration has elapsed. Later, the voltage drops between the electrodes and this spark gap becomes conductive.In contrast to DC voltage switches, for dynamically loaded switches, the prerequisite for the formation of the discharge channel is: Field strength values that exceed the static breakdown field strength A small excess of the charge carrier density is sufficient to trigger the spark gap as intended, and in the ideal case only one start electron is sufficient This requires a lower irradiation intensity than when generating a highly conductive plasma with a high charge carrier density The trigger laser energy consumed is in the range of 1 mJ and the irradiation intensity is several MW / cm 2 . There is no need to focus the laser beam: when illuminating the electrode surface, electrons from photoemission are supplied from the metal surface in addition to the charge carriers generated in the gas volume. The consumed trigger laser energy is less than when exclusively exposing the gap between the electrodes, as in the case of a DC voltage switch. If the trigger laser beam is not focused and is fed in parallel to the electrode surface, there is a possibility of triggering multiple discharge channels simultaneously. In order to generate as many discharge channels as possible, therefore, the geometry of the elongated, rail-shaped electrodes is particularly suitable. The multi-channel switch thus configured is called a rail gap-spark gap. This rail gap-spark gap has a very low switch impedance and a long life due to the relatively large loaded electrode surface. Rail gap switches having an electrode length of 50 cm have been studied by Taylor et.al. of the National Research Council of Canada. A KrF laser (λ = 248 nm) and a nitrogen laser (λ = 337 nm) were used as trigger lasers. The spark gap was triggered by a laser energy in the range of W = 20 mJ with an Ar / SF 6 switch and N 2 / SF 6 switching gas mixture and without additives for optimization. The required reduction in trigger laser energy was achieved by mixing an easily photoionizable gas additive such as fluorenezen when using a KrF laser and propylamine when using a nitrogen laser. Irradiation of 1 mJ of KrF laser resulted in 70 to 100 discharge channels per meter of electrode length. The minimum trigger energy was W = 100 μJ, and the minimum irradiation intensity was I = 300 kW / cm 2 . In the case of triggering with the N 2 laser, the energy cost W = 60 μJ (Taylor, RSet al .: “UV Radiation Triggered Rail-Gap Switches”, Rev. of Scient. Instrum., Vol. 55, No. .2, 1984, pp. 52-63.) However, in this case the irradiation intensity was approximately I = 4 MW / cm 2 , and was therefore much higher than in the case of triggering with KrF laser irradiation. AJ Schwab announced at the Ninth International Symposiumon High Voltage Engineer, Graz, Austria, August 28-September 1, 1997, about a laser-triggered rail gap spark gap with the generation of start electrons by photoemission of metal aerosol particles. For this purpose, a laser beam of appropriate wavelength and low laser energy was directed through the gap between the electrodes of the spark gap. The space is filled with a gas, for example Ar, in which metal aerosol microparticles are dispersed, the laser light releasing start electrons by photoelectron emission in the aerosol microparticles, which start electrons are generated in the spark gap. Under appropriate conditions, such as the internal switching gas density and the initial potential difference between the electrodes, a short circuit is initiated between the electrodes, the important thing being that the laser beam generating the start electrons passes through the gap between the electrodes. The optical or laser energy requirements for spark-gap error-free triggering are high, so a trigger source with a relatively high energy is required, which in particular adds to the cost for the triggering light system. Therefore, the problem of the present invention is that the spark gap is It is an object of the present invention to provide a method for a switching spark gap that can be switched from a cut-off state to a conducting state with as little laser energy as possible in time, and to provide a switching spark gap that can be reliably implemented. The switching spark gap must be able to be used as a switch in a high-voltage pulse generator The above object is a method according to claim 1 and a switching spark according to claim 6. Solved by the gap. This switching spark gap is used as a DC voltage switch or a dynamically loaded switch according to claim 13. Advantageous method steps are specified in dependent claims 2 to 5. Dependent claims 7 to 12 specify advantageous construction measures for the construction. The light or laser energy required to trigger the switching spark gap is very small compared to the prior art. The method according to the invention does not require a beam focusing means such as a lens and the fine adjustment required for this. The method of the present invention can be used to optimize existing laser switching systems without substantial design changes. It is particularly advantageous to optimize the switching characteristics of spark gaps with the same type of rail-shaped electrodes, ie multi-channel switches, so-called rail gap spark gaps. Next, the method and the switching spark gap of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the principle structure of the switching spark gap. FIG. 2 is a principle diagram of the aerosol generator. FIG. 3 shows the ignition delay time of the rail gap spark gap. FIG. 4 shows the standard deviation of the ignition delay time (jitter) of the rail gap spark gap. FIG. 5 shows the self-breakdown voltage of the spark gap depending on the aerosol fine particle concentration of 2% SF 6 in Ar. FIG. 6 shows the self-breakdown voltage of the spark gap depending on the aerosol particulate concentration of 10% SF 6 in Ar. The switching spark gap 4 is a rail gap spark gap, and this rail gap spark gap is perpendicular to the axis of the electric field line and has two points. Claims 1. A method for triggering a gas-insulated switching spark gap under a preset insulating gas pressure by a light source, the method comprising the steps of: The device (1) is incorporated in a conduit (3) for supplying an insulating gas component to the switching spark gap (4) and is placed under a predetermined pressure, and a spark discharge is generated in two electrodes (7), namely a sacrificial electrode. In the electric discharge machining generator (1), which is generated during a period of time and operated at a preset repetition frequency, the electrode material is dissolved at the base point of the spark arc discharge generated by the discharge in each case, and the electrode material is liquid. In the shape of an arrow, is diverged into the gap between the sacrificial electrodes (7), and does not settle in the insulating gas component flowing through the gap between the sacrificial electrodes (7). Small free flowing spherical particles, so-called metal aerosols, are carried away by the gas stream and transported to the switching spark gap (4), the gaps between the electrodes of the switching spark gap being A start electron is preset to form at least one discharge channel between the electrodes of the switching spark gap (4), at least partially illuminated by a light source (9) of a preset wavelength or a trigger light source. Released from the metal aerosol fine particles contained in the insulating gas via photoelectron emission at the time when the axis of the trigger light beam (9) is directed to the center of the gap between the electrodes of the switching spark gap (4). Characterized by being placed under a preset insulating gas pressure Re and method for triggering the light source switching spark gap which is gas-insulated. 2. For the switching spark gap (4), a one-component insulating gas such as SF 6 or N 2 or at least a two-component insulating gas such as a N 2 / Ar mixed gas or, in the simplest case, air. 2. The method according to claim 1, wherein the method is used. 3. Use the mixture consisting of supplementary SF 6 98~86% of Ar and hand as an insulating gas / switching gas, the non-electronegative gas component Ar flows through aerosol generator (1) 3. The method according to claim 2, wherein: 4. The method according to claim 3, wherein a suitable incoherent light source is used as the trigger light source for photoemission of electrons from the aerosol particles. 5. The method according to claim 3, wherein a laser is used as the trigger light source, the laser releasing electrons from the particles of the insulating gas aerosol by photoelectron emission. 6. Apparatus for implementing the method according to one of claims 1 to 5, wherein the apparatus comprises a light-triggered switching spark gap and has the following configuration: In the case of a transverse trigger, the axis of the light beam of the trigger light source (9) passes through a light-transmissive window, such as quartz glass, on the wall of the switching spark gap (4) and further through the center of the gap between the electrodes. 6. An apparatus for implementing the method according to claim 1, wherein said window passes through such a window at one of said electrodes in the case of a longitudinal trigger. The electric discharge machining generator (1) is directly connected to a switching gas supply (6) having a pressure regulating device, and further through a pressure gas supply conduit (3). This conduit (3), which is connected to the chamber of the chin spark gap (4) and between the electric discharge machining generator (1) and the spark chamber of the switching spark gap (4), has a further insulating gas. At least one further conduit (5) for components is provided, so that at least one component insulating gas is supplied to the switching spark gap (4), and two of the electric discharge generator (1) At least one of the electrodes is configured as a sacrificial electrode, the sacrificial electrode being a source of metal aerosol, further comprising or coated with the easily removable metal material. Apparatus for implementing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that: 7. Device according to claim 6, characterized in that the electrodes of the switching spark gap (4) are arranged such that at least one arc discharge channel is formed between the two electrodes in a conductive connection. . 8. Device according to claim 7, characterized in that the two electrodes of the switching spark gap (4) are identical, are rail-shaped and are provided parallel to one another (rail gap). 9. The trigger light source (9) is an incoherent beam light source such as a UV light source, and the wavelength of the light source is smaller than the long-wave limit for photoelectron emission of electrons from the aerosol fine particles and has a predetermined intensity. 9. The device according to claim 8, wherein the device is radiated. Ten. Device according to claim 9, characterized in that the trigger light source (9) is a laser, for example a nitrogen laser. 11． The apparatus of claim 10, wherein the source of aerosol metal particulates comprises magnesium or copper or any other metal that readily provides metal particulates. 12． Device according to claim 11, characterized in that the gas supply conduit (3) of the electric discharge generator (1) leads directly to the gap between the two sacrificial electrodes. 13. The switching spark gap (4) is operated according to the method of one of claims 1 to 5, characterized in that it is used as a DC voltage switch or a dynamically loaded switch. Use of a switching spark gap configured according to the device of one of claims 12 to 12.