СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ РАБОТЫ ВЫХОДА КОЛЛЕКТОРА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА Российский патент 1995 года по МПК H01J45/00 

Описание патента на изобретение RU2030810C1

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.

Похожие патенты RU2030810C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ В МЕЖЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ ТЕРМОЭМИССИОННОГО ТВЭЛА 1991
  • Синявский В.В.
  • Макеев А.А.
RU2042230C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ЗАЗОРА ТЕРМОЭМИССИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 1990
  • Синявский В.В.
RU1804237C
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА РАБОТОСПОСОБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕМ КАНАЛЕ ВО ВРЕМЯ ПЕТЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ 1989
  • Макеев Анатолий Анатольевич
  • Синявский Виктор Васильевич
SU1840232A1
Экспериментально-исследовательский термоэмиссионный электрогенерирующий канал 1991
  • Синявский Виктор Васильевич
  • Ларионов Юрий Петрович
  • Кривоносов Сергей Дмитриевич
SU1786533A1
Способ определения межэлектродного зазора элементов при петлевых ресурсных испытаниях электрогенерирующего канала 1991
  • Синявский Виктор Васильевич
  • Макеев Анатолий Анатольевич
SU1803939A1
СПОСОБ ВАКУУМНОЙ ДЕГАЗАЦИИ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ СБОРКИ 1991
  • Синявский В.В.
  • Шуандер Ю.А.
SU1799193A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИВЕДЕННОЙ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ ЭЛЕКТРОДОВ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ СБОРКИ ПРИ ПЕТЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЯХ 2001
  • Синявский В.В.
RU2185003C1
Способ определения вольт-амперных характеристик элементов при испытаниях многоэлементного электрогенерирующего канала 1990
  • Синявский Виктор Васильевич
SU1780129A1
СПОСОБ УСКОРЕННЫХ РЕАКТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Гонтарь А.С.
  • Давыдов А.А.
  • Колесов В.С.
  • Любимов Д.Ю.
  • Нелидов М.В.
  • Николаев Ю.В.
  • Сотников В.Н.
RU2183880C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ СБОРКИ ПРИ ПЕТЛЕВЫХ РЕАКТОРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ 1996
  • Королев В.У.
  • Синявский В.В.
RU2095882C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 030 810 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ РАБОТЫ ВЫХОДА КОЛЛЕКТОРА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА

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.

Формула изобретения RU 2 030 810 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2030810C1

Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Синявский В.В
Методы определения характеристик термоэмиссионных тезлов
М.: Энергоатомиздат, 1990, с.106.

RU 2 030 810 C1

Авторы

Синявский В.В.

Шуандер Ю.А.

Даты

1995-03-10Публикация

1992-05-05Подача