Реактори за преобразуване на термоионна енергия - горивни елементи за ядрени реактори
Термионното преобразуване на топлинната енергия в електрическа се основава на явлението на излъчване на електрони от твърди вещества, нагрявани до 1500-2200 ° C, открито от Едисон през 1883.
Преобразувателите, в които се използва това явление, в най-простия случай са вакуумни диоди, където под въздействието на топлинната енергия катодът (излъчвателят) се загрява и при определени условия се образува електронен поток в затворен цикъл: катод -> междуелектродна междина -> анод (колектор) външен товар -> катод.
Практическото използване на вакуумни преобразуватели се усложнява от факта, че в близост до катода обемният заряд на електроните рязко ограничава емисионния ток и налага намаляване на междуелектродния процеп до труднодостъпни стойности (микрона).
Създаването на електрогенериращи елементи (EGE) е наистина възможно само когато в пространството между електродите (катод и анод) се въведат пари от лесно йонизируеми вещества (например цезиеви пари). Йонизираните атоми на цезий неутрализират космическия заряд на електроните, което прави възможно увеличаването на междуелектродното разстояние до практически приемливи стойности от 0,25-1 mm, без да се намалява ефективността на преобразуване.
Физическите явления в преобразуватели, пълни с цезиеви пари, са сложни. Токът на насищане до голяма степен се определя от налягането на цезиевите пари и междуелектродното разстояние и е независим от материала на катода в широк температурен диапазон. При достатъчно високи налягания обемната йонизация (дъгов режим) започва да играе преобладаваща роля; следователно мощностите на изхода се увеличават и дори при относително ниски температури на катода (
100 ° C), можете да получите плътност на тока от 10-30 A/cm2 катод.
Елементите за генериране на термично преобразуване имат ниско изходно напрежение и умерена мощност. За да се получи необходимото напрежение и да се увеличи мощността на инсталацията, генериращите елементи се свързват последователно или паралелно. С последователна връзка можете да получите необходимото изходно напрежение, а с паралелна връзка можете да увеличите стойността на взетия ток.
Възможни са различни видове термоелектрически централи: изотопни и слънчеви, високотемпературни надстройки за конвенционални електроцентрали и атомни електроцентрали. Въпреки това, в най-голяма степен предимствата на термоелектрическия преобразувател се проявяват, когато се комбинират с горивни елементи в един термичен горивен елемент. Сърцевината, събрана от такива горивни елементи, заедно с други възли образува термичен конвертор-реактор, в който се генерира не само топлина, но и целият цикъл на преобразуване на топлинна енергия, отделена в резултат на делене на ядра на урана в електрическа енергия навън. Първият в света реактор-преобразувател "Топаз" е създаден в СССР под ръководството на И. И. Бондаренко.