Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ РАБОТЫ ВЫХОДА КОЛЛЕКТОРА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ РАБОТЫ ВЫХОДА КОЛЛЕКТОРА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ РАБОТЫ ВЫХОДА КОЛЛЕКТОРА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в петлевых реакторных испытаниях многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов. Сущность изобретения: в режиме вакуумного обезгаживания при нагреве эмиттера работу выхода коллектора оценивают из измеренных значений теплового потока с эмиттера, сопротивления изоляции, тока короткого замыкания, напряжения холостого хода и оцененной температуры коллектора. 1 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2030810
Класс(ы) патента: H01J45/00
Номер заявки: 5041057/21
Дата подачи заявки: 05.05.1992
Дата публикации: 10.03.1995
Заявитель(и): Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева
Автор(ы): Синявский В.В.; Шуандер Ю.А.
Патентообладатель(и): Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева
Описание изобретения: Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при петлевых реакторных испытаниях термоэмиссионных электрогенери- рующих каналов (ЭГК).
Вакуумные работы выхода эмиттера ϕeo и коллектора ϕco являются важнейшими характеристиками материалов ЭГК. Значения ϕeo и ϕco необходимо знать для организации режимов вакуумного обезгаживания ЭГК, от правильности которых зависит ресурс ЭГК.
Известен способ определения методом контактной разности потенциалов, одна из разновидностей которого называется методом смещения вольт-амперных характеристик (ВАХ) [1]; Метод заключается в следующем. Собирают вакуумный ТЭП с фиксированным материалом эмиттера с известной ϕeo и эталонным материалом коллектора с известной ϕco* и коллектором из измеряемого материала. Снимают вакуумные ВАХ (ВВАХ) с одним и другим коллектором. По сдвигу ВВАХ в области задерживающего потенциала и известному значению ϕco* определяют работу выхода ϕco измеряемого материала. Этот метод широко распространен при лабораторных исследованиях ТЭП и лабораторных макетов ЭГЭ, однако не может быть использован непосредственно при реакторных испытаниях ЭГК.
В качестве прототипа принимают способ определения при реакторных испытаниях ЭГК [2] . Способ заключается в съеме ВВАХ, определении из наклона ВВАХ в области отрицательных токов сопротивления утечек Rут, исключения токов утечек из измеренной ВВАХ, перестроении ВВАХ в полу-логарифмическом масштабе (lg I - V), нахождении значения контактной разности потенциалов Vкрп и оценке ϕco из соотношения
ϕco≥ϕeo - Vкрп/n. (1)
Основной недостаток - низкая точность.
Техническим результатом является повышение точности определения ϕco во время петлевых испытаний ЭГК с одинаковыми ЭГЭ.
Предложен способ определения ϕco многоэлементного ЭГК, включающий нагрев эмиттера в вакуумном режиме при петлевых испытаниях ЭГК, измерение сопротивления утечек тока и оценку ϕco. Измеряют плотность теплового потока с эмиттера q, а также ток короткого замыкания Iкз и напряжение холостого хода Uхх, оценивают температуру коллектора Тс, а оценку ϕco производят из соотношения
ϕoc = ϕoэ- - ln , (2) где
ϕoэ = ln ; (3)
Tэ= - T; (4)
Tc = Тнт + Rкп ˙ q, (5) где К - постоянная Больцмана; Тэ - температура эмиттера; е - заряд электрона; А - постоянная Ричардсона; F - поверхность эмиттера одного ЭГЭ; n - число ЭГЭ в ЭГК; Rут - сопротивление изоляции; ε - приведенная степень черноты, δ - постоянная Стефана-Больцмана; Rкп - термическое сопротивление коллекторного пакета.
Соотношение (2) получено следующим образом. При наличии потенциального барьера, задерживающего электроны, эмиттированные эмиттером, на коллектор проходят лишь электроны, способные преодолеть потенциальный барьер, а ток связан с током эмиссии соотношением
j = I/F = jэм ˙ ехр (-е Vmax/kTe) , (6) где jэм - плотность эмиссионного тока,
Vmax = ϕco+v-ϕeo - высота барьера, отсчитанная от потенциала эмиттера, причем V - рабочее напряжение. В реальном ТЭП, каким являются ЭГЭ и ЭГК, в вакуумном режиме неизбежно появление токов утечек Iут через изоляцию с сопротивлением Rут = =V/Iут. Тогда формула (6)
I = jэмF exp -- , (7)
где I - полный ток ЭГК. Вблизи точки холостого хода U = Uxx и
I = О, откуда получают
- = ln . (8) С учетом, что jэм ≈ jкз, вместо jэм ˙ F можно принять полный ток короткого замыкания Iкз и из (8) получают (2).
Способ реализуют следующим образом.
ЭГЭ или ЭГК в составе петлевого канала загружают в ячейку исследовательского реактора, который выводят на уровень нейтронной мощности, необходимой для горячего обезгаживания ЭГК. На каждом промежуточном уровне мощности реактора измеряют плотность теплового потока с эмиттера, например, с помощью калориметров, установленных вне ЭГК. Возможно определение q по результатам испытаний специального макета петлевого канала с моделью ЭГК. По измеренной температуре наружного чехла ЭГК определяют температуру коллектора Тс. Из уравнения теплового баланса находят температуру эмиттера Тe. Значения приведенной степени черноты ε электродной пары и термическое сопротивление коллекторного пакета Rкп определяют до начала испытаний экспериментальным путем и во время испытаний считают известными. Снимают ВВАХ, из ее наклона в области отрицательных или положительных токов определяют сопротивление изоляции
Rут= (9) где U, U2 и I1, I2 - напряжение и ток в двух точках линейного участка ВВАХ. Полученные значения позволяют по (2) определить ϕco.
П р и м е р. Реализуемость и эффективность способа проверены экспериментально во время реакторных испытаний пятиэлементного ЭГК. Измерения q с помощью специального макета дают значение q = (5,31+ 0,3) ˙ N Вт/кв ˙ см, где N - мощность реактора. В режиме горячего обезгаживания на разных уровнях мощности снят набор ВВАХ, приведенный на чертеже. Эти ВВАХ совершенно не похожи на идеальные ВВАХ. Из-за сильного искажения токами утечек выделение характерных областей ВВАХ оказывается невозможным и традиционные методы неэффективны.
Предлагаемый способ позволяет определить ϕco для всех режимов. Результаты определения ϕco в зависимости от мощности реактора N приведены в таблице. Там же приведены измеренные и определенные из измерений необходимые для определения параметры.
Предлагаемый способ позволяет обнаружить аномально низкие значения ϕco при высоких мощностях, что требует принятия специальных мер по организации дальнейших этапов испытаний.
Таким образом, способ позволяет определить ϕco при сильном искажении исходной ВВАХ и при ограниченной исходной информации, в результате чего точность определения ϕco повышается.
Формула изобретения: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ РАБОТЫ ВЫХОДА КОЛЛЕКТОРА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА, включающий нагрев эмиттера в вакуумном режиме в процессе испытаний канала, измерение сопротивления изоляции и оценку вакуумной работы выхода коллектора, отличающийся тем, что измеряют плотность теплового потока с эмиттера, ток короткого замыкания и напряжение холостого хода и оценивают температуру коллектора, а оценку вакуумной работы выхода коллектора проводят из соотношения


где ϕoc - вакуумная работа выхода коллектора, эВ;
K = 1,38 · 10-23 Дж/град - постоянная Больцмана;
Te - температура эмиттера, К;
e = 1,6 · 10-19 Кл - заряд электрона;
A = 120 А/см2 · град2 - постоянная Ричардсона;
F - поверхность эмиттера одного элемента, см2;
Iкз - ток короткого замыкания, А;
Vхх - напряжение холостого хода, В;
n - число элементов в канале, штук;
Rут - сопротивление изоляции канала, Ом;
q - плотность теплового потока с эмиттера, Вт/см2;
ε - приведенная степень черноты электродов;
s = 5,67 · 10-12 Вт/см2 · град4 - постоянная Стефана-Больцмана;
Tc - температура коллектора, К.