к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Термоэмиссионный преобразователь

Термоэмиссионный преобразователь (ТЭП) - устройство для прямого преобразования тепловой энергии плазмы в электрическую. ТЭП обычно представляет собой диод, тепловая энергия подводится к катоду, а электрическая выделяется на нагрузочном сопротивлении R0. Принцип действия ТЭП поясняется рис. 1, где приведена потенц. диаграмма для электронов. Тепловая энергия Qк, подводимая к катоду, отчасти расходуется в зазоре ТЭП, отчасти выделяется в виде тепла Qa на аноде и в виде полезной электрич. мощности в нагрузочном сопротивлении: P0= U0I=[(cк - cа)/e- U]I. Здесь cк и cа- работы выхода катода и анода (cк>cа), U-падение напряжения в зазоре, I-ток в цепи. Кпд ТЭП h = P0/Qк. Для компенсации пространственного заряда электронов в зазор ТЭП вводится легко ионизующийся газ, как правило, пары Cs. Контактная разность потенциалов Dc/e = (cк - cа)/е создаётся за счёт разной степени покрытия цезием горячего катода и холодного анода. По способу ионизации Cs различают ТЭП с поверхностной и с объёмной ионизацией. В первом случае ионы Cs+ создаются, как правило, за счёт поверхностной ионизации на горячем катоде. Во втором случае ионы Cs+ образуются в объёме, где поджигается низковольтная дуга (HД). Режимы с поверхностной ионизацией, в свою очередь, подразделяются на кнудсеновские, когда длина свободного пробега электрона lе>>L - длины зазора, и диффузионные, когда le<<L.

5019-7.jpg

Рис. 1. Потенциальная диаграмма электронов в ТЭП в режиме низковольтной дуги: Fк и Fa - уровни Ферми катода и анода; еjк и еjа -падения напряжения в при-электродных ленгмюровских слоях.


При рассмотрении режимов с поверхностной ионизацией существенно, каково распределение потенциала на контакте катод - плазма в условиях термодинамич. равновесия плазмы с поверхностью катода (рис. 2). Здесь mк = kTкln[Ze/n(Tк)] - абс. величина хим. потенциала плазмы при температуре Тк катода; Фк -равновесный потенц. барьер в ленгмюровском слое;5019-9.jpg5019-10.jpg - равновесная концентрация плазмы при температуре Тк; Ze = 2(2pmekT/h2)3/2; gi = l и ga = 2 - статис-тич. суммы свободных электронов, ионов и атомов; Na - концентрация атомов Cs в плазме. Оптим. режим ТЭП реализуется при 5019-11.jpg . В режимах с поверхностной ионизацией ток прибора зависит от величины равновесной концентрации п(Тк)электронов в прикатодной плазме. При сравнительно малом давлении Cs (pCs~10-2 Top) в кнуд-сеновском режиме, когда рассеяние электронов в зазоре отсутствует, макс. плотность тока порядка хаотической: 5019-12.jpg . Однако, т. к. с уменьшением давления mк увеличивается, для реализации больших значений n(Tк) и соответственно большой мощности Р0~(1-10) Вт/см2 нужны высокие температуры катода Tк>2000 К, что уменьшает ресурс работы катода. Увеличение давления до величины pСs ~ 1 Тор позволяет понизить Тк и увеличить срок его работы. При этом реализуется диффузионный режим, когда плазма в приэлектродном слое находится примерно в термодинамич. равновесии с катодом, а ток в зазоре переносится за счёт диффузии электронов от горячего при-катодного конца плазмы к прианодному. В диффузионном режиме, однако, ток и полезная мощность P0 существенно уменьшаются за счёт рассеяния электронов в плазме. Поэтому при pCs >= 1 Тор предпочтительно работать в режиме с объёмной ионизацией Cs, когда за счёт нек-рого увеличения напряжения U реализуется режим НД.

5019-8.jpg

Рис. 2. Распределение потенциала в прикатодном слое при термодинамическом равновесии плазмы с катодом (диффузионный режим): а - для cк<mк; б-для cн>mк.


В режиме НД за счёт образования достаточно большого прикатодного падения напряжения fк (рис. 3), препятствующего возврату плазменных электронов на катод, снимаемый ток близок к эфф. току эмиссии: Isэфф= Isехр( -ejm/kTк); где jm - потенциал виртуального катода, к-рый возникает в условиях, когда cк < mк. Для этих условий типичная вольт-амперная характеристика (BAX) ТЭП приведена на рис. 4; здесь AB-диффузионная ветвь; ВС - неустойчивый участок BAX, соответствующий поджигу НД; CD - участок шнурования тока; DE-участок виртуального катода (режим с объёмной ионизацией, рис. 3). Участок EF соответствует монотонному распределению потенциала в прикатодном ленгмюровском слое (рис. 1). Точка E, соответствующая исчезновению виртуального катода, является рабочей точкой ТЭП. Ионизация Cs в режиме НД обеспечивается обычно разогретыми электронами плазмы (Tе5019-14.jpg0,2 - 0,3 эВ), имеющими максвеллов-ское распределение. В режиме НД осн. потери энергии в зазоре связаны с разогревом электронов плазмы.

5019-13.jpg

Рис. 3. Распределение потенциала в низковольтной дуге в режиме с виртуальным катодом.

Классифицировать ТЭП можно по величине барьерного индекса UB5019-15.jpgU+ca/e. K т. н. 1-му поколению ТЭП отнесены созданные в 1970-х гг. преобразователи с UB5019-16.jpg2 B. К ТЭП 2-го и 3-го поколений, возможность создания к-рых исследуется в 1990-х гг., относят преобразователи с Uв5019-17.jpg1,5 В и UB5019-18.jpg1 B. При U5019-19.jpg1,5 В ТЭП становится экономически выгодным в качестве высокотемпературной надставки в промышл. энергетич. установках. Исследуются пути уменьшения UB за счёт уменьшения U и ca. Основные предлагаемые способы уменьшения U связаны с переходом к механизмам ионизации, не использующим разогрев тепловых электронов. Это - ТЭП со вспомогат. разрядом, в частности трёхэлектродный ТЭП с инертным газом-наполнителем; ТЭП с импульсной внеш. ионизацией и с разделением во времени процесса генерации ионов и рабочей стадии ТЭП, в частности азотно-цезиевые ТЭП с накоплением энергии импульса в колебаниях молекул азота; триод с эмиттером ионов; ТЭП с ионизацией УФ-излучением или продуктами распада радиоизотопов и др. Рассматривается увеличение эфф. эмиссии катода за счёт развития его поверхности. Исследуются способы уменьшения ca путём применения электродов со сложными поверхностными покрытиями. Большое внимание уделяется цезиевым триодам с сеточным управлением тока, используемым для непосредств. преобразования пост. напряжения, генерируемого ТЭП, в перем. напряжение.

5019-20.jpg

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика ТЭП в диффузионном (AB)и дуговом (CDEF)режимах.

Литература по термоэмиссионным преобразователям

  1. Добредов Л. H., Термоэлектронные преобразователи тепловой энергии в электрическую, "ЖТФ", 1960, т. 30, с. 365;
  2. Моргулис Н. Д., Преобразование тепловой энергии в электрическую с помощью термоэлектронной эмиссии, "УФН", 1960, г. 70, с. 679;
  3. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма, M., 1973;
  4. Стаханов И. П., Черковец В. E., Физика термоэмиссионного преобразователя, M., 1985;
  5. Математическое моделирование процессов в низковольтном плазменно-пучковом разряде, M., 1990.

Ф. Г. Бакшт

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 28.09.2020 - 07:37: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 07:37: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 07:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 06:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 06:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 18:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 13:04: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 13:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Алексеевича Гундарова - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 10:32: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Алекса Джонса - Alex Jones INFO-WARS - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 10:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
26.09.2020 - 13:50: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
25.09.2020 - 21:26: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution