Юный техник 1971-08, страница 16

В Советском Союзе успешно завершены комплексные испытания атомной термоэмиссионной энергетической установки электрической мощностью несколько киловатт, которая устойчиво отработала проектный ресурс при заданных электрических параметрах...

Советская установка с непосредственным термоэмиссионным преобразованием атомной энергии в электрическую является первой в мире действующей установкой такого типа.

(Из сообщения ТАСС)

Кто-то сказал, что в технике прямой путь не всегда самый короткий. Эта мысль в полной мере подтверждается всей историей термоэмиссионного способа получения электроэнергии.

Эффект, открытый Эдисоном еще в 1883 году, эффект, на котором держалась радиотехника . и электроника вплоть до появления полупроводниковых приборов, эффект, который наилучшим образом подходил для самой короткой схемы превращения тепловой энергии в электрическую, на деле поставил перед инженерами столько конструктивных проблем, что проще оказалось идти окольным путем.

Тепловые электростанции — самый распространенный пример окольного многоступенчатого пути превращения энергии из одного вида в другой до тех пор, пока не получится электричество. Химическая энергия топлива сначала в котле превращается в энергию пара высокой температуры и давления, затем в турбине — в механическую энергию и лишь в генераторе — в электрическую. Даже появление атомной энергии не внесло ничего нового в принципиальную схему тепловой станции — только источником тепла вместо каменного угля стал расщепляющийся атом.

В чем же принципиальная новизна термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) по сравнению с тепловой электростанцией и какие конструктивные трудности пришлось преодолеть, прежде чем зарабо-таля первая установка?

По принципу ТЭПа работает вакуумный диод — простейшая электронная лампа с двумя электродами — анодом и катодом. При нагревании катод на-

АТОМНЫЙ

ток

БЕЗ ТУРБИН

чинает испускать электроны. Процесс термоэлектронной ЭМИССИИ МОЖ.НО

сравнить с выпариванием воды. Электроны из кристаллической решетки «выпариваются», как молекулы воды из пор губки. Если над губкой держать какую-нибудь холодную пластину, то вода конденсируется на ней в виде мелких капелек. То же происходит и с электронами. Если нагретые электроны встречают на своем пути холодную металлическую пластину — анод, то они «конденсируются» на ее поверхности. Получается, что горячая пластина заряжается положительно, а холодная — отрицательно. Таким образом, между двумя пластинами возникает напряжение, которое и вызывает электрический ток.

Но то, что легко в принципе, как правило, тяжело на практике. Направленному движению электронов в диоде способствует напряжение внешнего источника, если оно приложено плюсом к аноду и минусом к катоду. В ТЭПе внешне

го источника напряжения нет. Поэтому «выпаренные» электроны сгущаются вблизи горячей пластины в заряженное облако, которое препятствует выходу из катода новых электронов. Поначалу казалось, что проблему можно запросто решить, максимально сблизив пластины. Тогда часть отрицательно заряженного облака обязательно опустится на анод. Но даже при расстоянии в несколько тысячных долей миллиметра коэффициент полезного действия установки едва достигал 3%.

И все-таки не мизерный к. п. д. погубил идею вакуумного ТЭПа. Во-первых, анод, находясь в столь близком соседстве с раскаленным катодом, нагревался до такой степени, что сам начинал испускать электроны. Ни о каком токе как направленном движении электронов не могло быть и речи. Во-вторых, материал катода испарялся с поверхности так быстро, что за 100 час. непрерывной работы заполнял все межэлектродное пространство и закорачивал электроды.

Как часто случается, и на этот раз решение проблемы нашли совершенно не там, где искали. Раз и навсегда установленным считался факт, что чем глубже вакуум, тем меньше посторонние атомы препятствуют движению эмитированных электронов. Когда же вопреки установившемуся в межэлектродное пространство добавили пары цезия, то оказалось, что при расстоянии между пластинами 0,1 мм к. п. д. преобразователя резко поднялся до 20%.

ii