Июнь 17th, 2013
Термоэмиссионные преобразователи энергии. Действие ТЭП основано на двух физических явлениях — термоэлектронной эмиссии и контактной разности потенциалов.Рассмотрим принципиальную схему ТЭП, представленную на рис. 1.3,а. В вакуумную камеру помещены два электрода — катод и анод; к катоду подводится тепловая мощность N\. Это обеспечивает его температуру Т\. Подведенная теплота вызывает эмиссию электронов с поверхности катода. Часть электронов, обладающих наибольшей энергией, попадает на анод, совершая при этом работу по перемещению зарядов и создавая разность потенциалов, которая при замыкании внешней цепи вызовет электрический ток. Электроны, попадая на анод, отдают ему свою энергию и разогревают его. Поэтому чтобы анод не эмитировал встречный поток электронов, его нужно охлаждать.Плотность тока термоэлектронной эмиссии (тока насыщения) определяют по уравнению Ричардсона — Дешменагде А — эмиссионная постоянная, теоретически равная для всех чистых металлов 120,4 А(см2-К2); W—работа выхода электронов, эВ; k — постоянная Больцмана, равная 8,62Х ХЮ»5 эВК; Г —температура, К.Согласно соотношению (1.1) имеется сильная зависимость плотности тока эмиссии от температуры и работы выхода. Для увеличения плотности тока температуру надо максимально повышать, а работу выхода по возможности снижать. Приведем численные значения работы выхода для некоторых чистых металлов: для вольфрама «— 4,52 эВ; молибдена — 4,29 эВ, тантала— 4,1 эВ.Соотношение (1.1) справедливо для эмиссии электронов в безграничный вакуум. Электронное облако, находящееся между электродами, образует пространственный заряд, который снижает плотность тока эмиссии. Уменьшить этот заряд можно двумя способами: 1) максимально сблизить электроды в глубоком вакууме, однако в этом случае требуются столь малые зазоры (при р = 10—5 Па 6 = 0,01—0,15 мм), что их практически нельзя реализовать в мощных установках при высоких температурах электродов; 2) ввести в зазор положительные ионы, которые при малой концентрации полностью компенсируют отрицательный пространственный заряд. Межэлектродный зазор заполняют парами легкоионизирующихся веществ (наиболее распространен цезий с потенциалом ионизации 3,89 эВ). Образующиеся положительные ионы нейтрализуют отрицательный пространственный заряд электронов.
