JP4135971B2

JP4135971B2 - ガス放電装置

Info

Publication number: JP4135971B2
Application number: JP52408496A
Authority: JP
Inventors: コリンアーチボルドピーリー; クライヴアントニーロバーツ; ケニスクック; クリフロバートウィーザラップ
Original assignee: イー２ヴィテクノロジーズ（ユーケイ）リミテッド
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: GB2297863B; GB9602544D0; WO1996024945A1; DE69602174T2; EP0808509A1; JPH11500569A; ATE179277T1; EP0808509B1; DE69602174D1; US6049174A; GB2297863A; GB9502423D0

Description

発明の属する技術分野
本発明は、ガス放電装置に関する。
従来の技術
サイラトロンは、よく知られた型のガス放電装置であり、簡単な例では、カソードと、アノードと、ガスで満たされたエンベロープ内に含まれる仲介用制御電極とを含む。サイラトロンは、トリガパルスが制御電極に付与され、電流が装置を通じて伝送されるまで、電圧を阻止することができる。
欧州特許第０３３７１９２号に記述された他の型の装置は、少なくとも、熱電子カソードと、アノードと、それらの間に位置付けられた電極とを備えたガス放電スイッチを有する。
発明の概要
本発明は、大きなピーク電流と高いクーロン転送を処理することができるガス放電装置を提供しようとするものである。
本発明によれば、熱電子カソードと、アノードと、カソードと電気的に並列であって、アノードとカソードの間に位置付けられた第１の電極とを含んでいるようなガスで満たされたエンベロープを備えたガス放電装置が提供され、ここでは、装置を通ずる伝導の間に、電子電流は最初にカソードから引き出され、次に、電流が十分な大きさに達したときに、コールドカソードモードで、電極の表面から引き出される。
本発明を使用することにより、サイラトロンのトリガ能力と同じ信頼性のトリガ能力を有する装置が提供され得るが、それに加えて、現存のサイラトロン能力を大きさに関して１０〜１００のファクタだけ超過し得るような高いピーク電流でクーロン転送能力を提供する。
ある実施形態においては、第１の電極と熱電子カソードとの間の電気接続手段は、装置と一体とされているが、他の実施形態では、それらの間の電気接続手段は、装置に接続された外部回路によって提供される。
好ましい実施形態には、第２の電極が含まれており、また、トリガ信号をその電極に与えて装置を通ずる伝導を開始させるような手段を含んでいる。
発明の実施形態
本発明の有用な実施形態は、正の（若しくは、負の）高電圧（１００ｋＶまで）を阻止することができ、トリガされたときには、長いパルス幅（１０〜１００マイクロ秒）を有する高いピーク電流（５〜５００ｋＡ）を伝導する。本発明による装置は、高エネルギー容量バンク（capacitor banks）や例えばクローバー保護回路における高クーロンスイッチとして機能し得る。
本発明を実行することができる１つの方法を、添付図面を参照しつつ、一例として記述する。この添付図面には、１つの図面によって本発明による装置が示されている。
図面を参照すると、金属やセラミック（若しくは、ガラス、若しくは、他の電気絶縁体）構成から成る、密封された円筒形装置は、４つの電極、即ち、アノード１、熱電子カソード４、それらの間に位置付けられた２つの電極２、３を含んだエンベロープ、を有する。この装置は、その領域において５０〜５０００ｍＴｏｒｒの圧力で、水素、若しくは、重水素で満たされており、これは、チタニウム水素化合物加熱溜め６によって維持されている。高電圧は、アノード１と、隣接の電極２との間で、パッシェンの法則によって阻止される。
フィラメント５によって加熱された熱電子カソード４は、トリガを助長し、伝導を開始させる電子源を提供する。この装置は、熱電子カソード４に関して、正パルスを電極３へ付与することによってトリガされる。付与された正パルスは、電極と熱電子カソードの間の領域で放電を形成する。形成された放電プラズマは、電極３の開口を通じて、電極２と電極３の間の領域中へ拡散する。アノード１と、隣接のグリッド電極２との間の、高電圧ギャップからの電界は、グリッド電極２の開口を通り抜けて、トリガパルスによって作りだされたプラズマに影響を与える。電子は高電界の影響によって加速され、高電圧ギャップ中へプラズマを拡げる電離（ionization）を更に引き起こし、装置の絶縁破壊（breakdown）を開始させる。アノード１と電極２の間に付与された高電圧は、急速に低い値まで降下し、スイッチは閉じられる。
伝導プロセスは、その後、２つのフェーズで進行する。フェーズ１の間、熱電子カソード構造は、装置によって伝導された全ての電子電流を与える。電極２の開口がもはや電流を維持することができないような時点に達するまで、電流は外部回路に溜まる。この時点で、電子電流が電極２の上部表面からコールドカソードモードで引き出されたときに、伝導のフェーズ２が確立される。フェーズ２の伝導は、その後、外部回路電圧が０に近い値に降下するまで続く。フェーズ２の伝導の間、電流は、電気導線７によって熱電子カソードと電極３とをバイパスする。電気導体７は、装置の一部であってもよいし、また、外部回路の一部として付加されてもよい。
フェーズ１の伝導は、フェーズ２の伝導の開始を助長するため、かなりのレベルの予電離を提供するような、電離された水素プラズマを作り出す。
アノードとグリッド電極によって形成された高電圧ギャップは、パッシェンの法則と一致する大きさと配置を有するが、フェーズ２の伝導の間にアノードや隣接の電極に発生し得る表面損傷にもかかわらず、高電圧の信頼性も維持する。

Claims

熱電子カソード（４）と、アノード（１）と、熱電子カソード（４）と電気的に並列であって、且つ、前記アノード（１）と前記熱電子カソード（４）との間に位置付けられた第１の電極（２）と、を含んでいるようなガスで満たされたエンベロープを備えるガス放電装置であって、装置を通ずる伝導の間に、電子電流は最初に前記熱電子カソード（４）から引き出され、次に、電流が十分な大きさに達したときに、コールドカソードモードで前記第１の電極（２）の表面から引き出されることを特徴とするガス放電装置。
前記第１の電極（２）と前記熱電子カソード（４）との間の電気接続手段（７）が、装置と一体である請求項１記載の装置。
前記第１の電極（２）と前記熱電子カソード（４）との間の電気接続手段（７）が、装置が接続される外部回路の一部である請求項１記載の装置。
第２の電極（３）と、この第２の電極（３）にトリガ信号を与えて装置を通ずる伝導を開始させる手段とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
前記第１の電極（２）は、前記アノード（１）と前記第２の電極（３）との間に位置付けられている請求項４記載の装置。
前記装置は、１００ｋＶのオーダの電圧を阻止する請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
前記装置は、動作の間、５ｋＡ〜５００ｋＡの範囲の電流を伝導する請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
前記装置は、１０マイクロ秒から１００マイクロ秒のパルス幅を有したパルスを伝導する請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
熱電子カソード（４）と、アノード（１）と、熱電子カソード（４）と電気的に並列であって、且つ、前記アノード（１）と前記熱電子カソード（４）との間に位置付けられた電極（２）とを含んだガスで満たされたエンベロープを備える装置を使用する電流切換方法であって、該方法は、装置をトリガして伝導の状態にする段階と；最初に、カソード（４）から電子電流を引き出す段階と；次に、電流が十分な大きさに達したときに、コールドカソードモードで前記電極（２）の表面から電子電流を引き出す段階と；を備えることを特徴とする方法。