自(zì)富蘭克林發明避雷針以來針端形狀一(yī)直是尖的(de)。雖然18世紀70年(nián)代曾有(yǒu)過争議，但由于缺乏量化研究，當時實驗證明也還是尖的(de)好。不過到了20世紀90年(nián)代，由于對空氣中尖端放電的(de)物理(lǐ)機(jī)理(lǐ)有(yǒu)了較豐富的(de)理(lǐ)性認識，可(kě)以進行(xíng)量化計算了，于是美國(guó)學(xué)者重新審議了這個問題。

   在雷雲帶負電的(de)情況下，空氣中存在的(de)自(zì)由電子(zǐ)會因尖端物體的(de)強電場吸引向尖端加速運動，碰撞中性分子(zǐ)，釋放出更多的(de)自(zì)由電子(zǐ)，發生雪崩現象，并在其後留下一(yī)個正離(lí)子(zǐ)的(de)電荷柱。當環境電場足夠強時，雪崩持續發生，其後的(de)正離(lí)子(zǐ)電荷柱(即正先導)在該電場作用下，向上傳播并與下行(xíng)負先導連接瞬間形成回擊。雖然在常壓下，産生電子(zǐ)雪崩的(de)電場強度超過了6000V/m,但正先導大約在440V/m環境中即可(kě)持續傳播了。避雷針必須在其頂端-定範圍內(nèi)産生這種電場才能吸引下行(xíng)先導。此外，當下行(xíng)先導接近避雷針時，它所産生的(de)電場增強率還必須使正離(lí)子(zǐ)電荷柱的(de)累積伸長(cháng)超過它在電場作用下遷移而被清除的(de)速率。由此分析可(kě)以發現鈍頭避雷針比尖頭避借針更能滿足這些條件。

   如(rú)果将避雷針等效為(wèi)接地(dì)的(de)垂直細長(cháng)半橢圓球體，則可(kě)以對其頂端電場增強因子(zǐ)随距離(lí)的(de)交化進行(xíng)計算。計算表明:曲率半徑遠小于橢圓球體半長(cháng)軸高(gāo)度的(de)尖端，其電場随離(lí)開頂端的(de)距離(lí)而迅速減小，當距高(gāo)等于一(yī)個曲率半徑時，電場已減弱為(wèi)頂端的(de)1/3;而鈍頭頂端，其電場随距高(gāo)的(de)減弱則要小得多，當距離(lí)超過6mm時，10mm半徑的(de)橢圓球頂端附近的(de)電場增強要遠遠大于0.1mm半徑的(de)橢圓球頂端的(de)。計算還表明，曲率半徑小于0.5mm的(de)橢圓球頂端，在距離(lí)超過0.25mm時，電場将小到不可(kě)能産生電子(zǐ)雪崩的(de)程度。計算最後表明，當下行(xíng)負先導逼近時，鈍頭橢圓球頂端因電子(zǐ)雪崩發生而形皮的(de)累積正電荷柱內(nèi)，正離(lí)子(zǐ)因遷移和(hé)相互排斥而被清除的(de)時間要遠大于尖的(de)橢圓球頂端。

   基于上述分析和(hé)計算，美國(guó)學(xué)者對不同尖端形狀的(de)避雷針進行(xíng)了連續七年(nián)(從1994年(nián)到2000年(nián))的(de)野外現場實驗。采用的(de)尖端避雷針，直徑為(wèi)12.7mm,上部被加工成逐漸變細的(de)尖端，頭部成45度角，曲率半徑約為(wèi)0.1mm;鈍頭避雷針。直徑為(wèi)9.5-51mm,頂部加工成半球形并抛光:另外還用了ESE避雷針。所有(yǒu)避雷針長(cháng)度為(wèi)305mm,均安裝在6.1m高(gāo)，直徑44mm的(de)金屬圓管上，并良好接地(dì)。結果鈍頭避雷針被雷電擊中12次(大多數為(wèi)19mm直徑的(de))，而尖頭避雷針和(hé)ESE避雷針一(yī)次也沒有(yǒu)被雷擊，由此可(kě)見，純頭避雷針更能吸引雷電，保護效果也更好。