ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 1995 года по МПК H01M14/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве источников энергии.

Известен электрохимический преобразователь ядерной энергии в электрическую, использующий энергию ядерного излучения для радиолиза воды на водород и кислород, которые затем используются в топливном элементе для генерации электрической энергии [1]
Недостатками такого преобразователя энергии являются сложность конструкции и низкая эффективность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь энергии ядерного синтеза, содержащий электрохимический элемент с платиновым и палладиевым электродами, разделенными электролитом на основе тяжелой воды. К электродам элемента подключен источник постоянного тока для электрохимического насыщения палладиевого электрода дейтерием [2]
В результате насыщения палладия дейтерием происходит слияние ядер дейтерия, сопровождающееся реакцией синтеза, например ядер гелия в соответствии с реакцией d+d __→ He³+n + 2MэВ
сопровождающейся выделением значительного количества энергии, которое примерно в 4 раза превышает количество подведенной энергии на проведение электролитического насыщения палладиевого электpода.

Недостатком этого преобразователя является реализация энергии ядерного синтеза в виде тепловой энергии.

Задачей изобретения является прямое преобразование энергии ядерного синтеза в электрическую энергию.

Техническое решение поставленной задачи может быть реализовано путем введения дополнительного электрохимического элемента с платиновым и палладиевым электродами, разделенными водным электролитом и подключенным к электродам внешнего источника постоянного тока. Электрохимические элементы по электролиту объединены солевым мостиком.

Оценка величины энергии может быть проведена аналогично [2] Изменение энергии в результате выравнивания уровней Ферми первого и второго катодов дается выражением
ΔE N_i+ q_iϕ_i
(1) где ϕ_i и μ_i^o электрические и химические потенциалы электронов в первом и втором катодах; q_i eN_i и N_i заряд и количество электронов, которыми обмениваются катоды при замыкании. Условие выравнивания электрохимического потенциала при замыкании катодов имеет вид
e (ϕ₁ ϕ₂) μ₂ μ₁ (2)
Из сохранения заряда следует
q₁ -q_2. (3)
Потенциалы ϕ₁ ϕ₂ линейно связаны с зарядами q₁, q₂.

ϕ_i с_i^-1q_i, (4) где с_i емкостный коэффициент.

Из системы уравнения (2-4) нетрудно получить
q₁= e^-1
Подстановка в формуле (1) дает искомую оценку
ΔΕ При ≈1В, с 10⁴-10³ Ф/см³ (электрохимические емкости имеют порядок 10^-5 10^-3 Ф/см², удельные поверхности пористых электродов 10⁴-10⁶ см^-1) ΔЕ может составить величину порядка 10^-1-10³ Дж/см³.

На чертеже представлен импульсный электрохимический преобразователь энергии ядерного синтезa.

Ячейка 1 заполнена электролитом 2 на основе тяжелой воды, ячейка 1' электролитом 2' на основе обычной воды, электроды 4, 4' выполнены из палладия, являются катодами электрических цепей 5 и 5', служащих для электрохимической накачки катодов водородом, 3, 3' платиновые электроды-аноды, 6 солевой мостик, 7 электрическая цепь катодов с ключом.

Преобразователь работает следующим образом.

Осуществляется электрохимическая накачка катодов 4 и 4' при включенных цепях 5 и 5' тяжелым водородом и легким изотопом соответственно. Затем цепи 5, 5' размыкаются и измеряется разность потенциалов между катодами. По истечении времени, необходимого для превращения части дейтерия в гелий, возникает разность потенциалов между катодами вследствие изменения уровня Ферми электронов в катоде 4. По достижении заданного уровня разности потенциалов запасенная в катоде 4 энергия может быть использована при замыкании цепи 7.

Использование: в преобразователях энергии ядерного синтеза. Сущность изобретения: преобразователь содержит два электрохимических элемента с платиновым и палладиевым электродами и водным раствором соли в качестве электролита. В одном элементе в качестве растворителя электролита берется обычная вода, в другом тяжелая вода. Элементы соединены по электролиту солевым мостиком. К электродам элементов подключены внешние источники постоянного тока. При эксплуатации производят одновременное электрохимическое насыщение палладиевых электронов водородом идейтерием, измеряют напряжение на палладиевых электродах, сравнивают с заданным, по достижении которого прекращают насыщение электродов газами путем отключения внешних источников постоянного тока и замыкают цепь внешней нагрузки между палладиевыми электродами. Устройство обеспечивает повышение эффективности преобразования и снижение тепловых потерь. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Импульсный электрохимический преобразователь энергии ядерного синтеза, содержащий электрохимический элемент с платиновым и палладиевым электродами, разделенными электролитом на основе тяжелой воды, и внешний источник постоянного тока, подключенный к электродам электрохимического элемента, отличающийся тем, что преобразователь энергии дополнительно содержит электрохимический элемент с платиновым и палладиевым электродами, разделенными водным электролитом, внешний источник постоянного тока, подключенный к электродам, и солевой мостик, объединяющий электрохимические элементы по электролиту. 2. Способ эксплуатации импульсного электрохимического преобразователя энергии ядерного синтеза, включающий электрохимическое насыщение палладиевого электрода дейтерием, отличающийся тем, что одновременно с насыщением палладиевого электрода дейтерием в одном элементе насыщают палладиевый электрод водородом во втором элементе, измеряют напряжение на палладиевых электродах и сравнивают с заданным, при достижении напряжением заданной величины прекращают насыщение электродов газами путем отключения внешних источников постоянного тока и замыкают цепь нагрузки между палладиевыми электродами.