ТЭП на цезии

1. Резервуар с источником рабочего тела на основе гидрида цезий-тритий;

2. Патрубок, соединяющий резервуар с рабочим объемом ТЭП;

3. Рабочий объем ТЭП;

4. Эмиттер ТЭП

5. Атомы и ионы цезия в межэлектродном зазоре ТЭП;

6. Бэта излучатель - тритий;

7. Металлокерамические переходники;

8. Нагрузка;

9. Коллектор ТЭП.

Термоэмиссионный преобразователь энергии в общем случае представляет собой диод с металлическими электродами, установленный с межэлектродным зазором 0,1 1,0 мм в вакуумный объем. Электроды друг от друга заизолированы металлокерамическим переходником. Температура электродов с помощью внешних источников тепла устанавливается и поддерживается в следующем диапазоне: эмиттера 1400 2300 К, коллектора 800 1200 К.

Для эффективного преобразования тепловой энергии в электрическую в межэлектродный зазор ТЭП из резервуара с рабочим телом подают атомы цезия в качестве вещества, обладающего наименьшим потенциалом ионизации 3,89 эВ. Ионы цезия в ТЭП выполняют следующие функции: регулируют работу выхода электронов на электродах за счет монослойной адсорбции на их поверхности и компенсируют отрицательный электронный заряд между электродами. Наличие ионов в межэлектродном промежутке при определенных условиях возбуждает аномальную низковольтную плазму, которая позволяет эффективно преобразовать внешне подводимое тепло в электрическую энергию.

Подача рабочего тела в межэлектродный зазор ТЭП обычно осуществляется из специального резервуара, в котором помещают подаваемое рабочее тело: жидкий конденсат цезия или другие соединения цезия (цезий-кислород, цезий-висмут, цезий-водород и др.). Использование различных соединений цезия связано с возможностью повышения выходных электрических параметров ТЭП по сравнению с чисто цезиевым наполнением при одновременной подаче в межэлектродный зазор пара цезия и кислорода, или другой добавки. В этом случае основной рост выходных электрических параметров ТЭП связан с влиянием добавок на работу выхода за счет адсорбции на поверхности электродов.

Наиболее близким к заявляемому является ТЭП, содержащий вакуумный объем с помещенными в него двумя электрически изолированными друг от друга электродами, соединенный с резервуаром с рабочим телом, представляющим собой гидрид цезия, а также средства для подвода и отвода тепла.

Недостатком этих источников является недостаточное ионообразование в межэлектродном зазоре ТЭП, что лимитирует реализацию более высокого значения выходной электрической мощности преобразователя.

Технический результат - повышение выходных электрических характеристик ТЭП - электронного тока, проходящего через ТЭП, выходной электрической мощности, что в свою очередь приведет к повышению кпд.

Для достижения этого технического результата предложен термоэмиссионный преобразователь энергии, содержащий вакуумный объем с помещенными в него двумя электрически изолированными друг от друга электродами, соединенный с резервуаром с рабочим телом на основе цезия, средства для подвода и отвода тепла, при этом рабочее тело представляет собой цезий-тритиевый гидрид (Cs1H3).

Обычно образование ионов цезия осуществляется по нескольким механизмам: за счет поверхностной ионизации атомов цезия на поверхности эмиттера при высокой температуре эмиттера около 2000 К и выше, когда работа выхода эмиттера приближается по своему значению к потенциалу ионизации цезия. Второй механизм ионизации атомов цезия происходит в низковольтной дуге после ее поджига при умеренных температурах 1500 2000 К. Однако при температурах на эмиттере 1300 1500 К поддержание дугового режима затруднено в связи с трудностями ионизации атомов цезия.

В предложенном ТЭП за счет того, что в качестве источника пара рабочего тела используется цезий-тритиевый гидрид (Cs1H 3), в рабочем состоянии межэлектродный зазор ТЭП заполняется смесью цезия и трития в парогазовой фазе, что приводит к дополнительному образованию ионов цезия и, следовательно, к повышению электронного тока, проходящего через ТЭП. Процесс ионизации цезия атомами трития происходит за счет бэта-распада атомов трития с выделением средней энергии Еср. - 5,7 кэВ.

Изобретение реализуется следующим образом: В резервуар рабочего тела 1 помещают цезий-тритиевый гидрид (Cs₁H³), который при нагреве выше 500 К полностью разлагается по реакции

При этом в межэлектродном зазоре ТЭП 5 устанавливается стабильная парогазовая смесь с оптимальной величиной давления пара цезия и трития, что приводит к дополнительному образованию ионов цезия, и, как следствие, происходит повышение выходных электрических параметров ТЭП.

Дата добавления: 2015-09-03