ТЕРМОЭМИССИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

В металлах содержится большое количество свободных электронов - около 6 10²¹ в 1см³.Внутри металла силы притяжения, действующие на электрон со стороны положительно заряженных ионов - сбалансированы . Если же электрон окажется вблизи поверхности , то на него начинают действовать силы, старающиеся вернуть электрон внутрь металла. Для преодоления этих сил необходимо сообщить электрону избыточную кинетическую энергию (рис.156). Увеличение кинетической энергии электрона возможно при нагревании металла. Явление выхода электронов из металла в результате его нагрева называется явлением термоэлектронной эмиссии.

Рис. 156 Возникновение результирующих сил, действующих на электрон в металле и вблизи его поверхности

Устройство простейшего термоэмиссионного генератора представлено следующим рисунком (рис.157).

Рис. 157 Устройство термоэмисионного преобразователя энергии

Электроны испаряются при нагреве из катода (1), вылетают из металла и движутся к аноду - и далее во внешнюю цепь, обеспечивая ток на нагрузке R. При этом часть тепловой энергии, расходуемой на нагревание катода, переносится электронами и отдается аноду, а другая часть энергии электронов выделяется во внешней цепи при протекании электрического тока. Чем меньше температура анода по сравнению с температурой катода, тем большая часть тепловой энергии превращается в электрическую. Если бы температуры катода и анода были одинаковыми, то преобразования энергии не было бы.

В энергетических термоэмиссионных генераторах для нагревания катода можно воспользоваться теплотой, получаемой в результате ядерной реакции.Схема ядерного термоэмиссионного генератора приведена на нижеследующим рис.158).

Рис. 158 1-защита, 2-охладитель, 3- анод, 4- вакуум,5 –катод, 6-ядерное горючее.

Т.е. для нагревания катода используется теплота, выделяемая при ядерной реакции. КПД таких преобразователей достигает примерно 20%. По прогнозам его можно довести до 40-50%.

Следует отметить, что при естественной радиоактивности возможно прямое преобразование ядерной энергии в энергию электрическую. Для этого используются β – лучи или поток электронов при распаде радиоактивных элементов (рис.159)

Рис.159 Схема прямого преобразования энергии радиации в электрическую: 1 – β – радиоактивный излучатель; 2 – металлическая ампула (анод); 3 – металлический сосуд.