Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 16

Рассмотрим теперь различия между температурами и электрическими полями ЭГЭ в кнудсеновском и дуговом режимах. На рис. 25 изображены распределения температур электродов и плотности тока по длине элемента, работающего в кнудсеновском режиме при q_v = 600 Вт/см³ и J = 170 А. Анализ полученных результатов показывает, что в обоих режимах неизотермичность катода ЭГЭ примерно одинакова (Т_2max/Т_2min = 1,1), но средняя температура катода в кнудсеновском режиме на 130…140 градусов ниже, чем в дуговом. Кроме того, анод кнудсеновского канала примерно на 150 градусов горячее, а перепад температуры по аноду на ~100 градусов меньше по сравнению с ЭГЭ, работающем в дуговом режиме. Поэтому неизотермичность анода в случае кнудсеновского режима значительно меньше влияет на неоднородность плотности генерируемого тока по длине ЭГЭ.

В табл.  9 для различных о представлены величины теплоты, уносимой с эмиссионной части катодной оболочки ЭГЭ электронным током (Q_e) и излучением (Q_rad), а также джоулева теплота (Q_дж) и потери напряжения (Q_rad) на омических сопротивлениях электродов и при коммутации ЭГЭ.

Таблица 9

Сравнение полученных результатов с соответствующими величинами для дугового цезиевого ЭГЭ (см.подраздел 3) показывает, что в кнудсеновском режиме значительно большее эмиссионное охлаждение катода Q_i, несмотря на то, что токи в максимумах мощности (при q_v -const) почти одинаковы. Это объясняется тем, что

, а в кнудсеновском режиме работа выхода анода W_a = 2,2 В, что на 0,6…0,8 В больше, чем в дуговом цезиевом режиме. Кроме того, для кнудсеновского преобразователя, как уже отмечалось выше, характерны большие значения напряжения на нагрузке и, следовательно, разности потенциалов между  электродами U(z) .

На рис. 26 показаны изотермические вольтамперные характеристики кнудсеновского ЭГЭ, построенные по результатам расчета изомощностных (при q_v - const) характеристик. Каждая кривая соответствует некоторому фиксированному значению максимальной температуры катода. Полученные зависимости N (J,T_2max) имеют такой же вид, как и в дуговом ЭГЭ. Однако максимумы кривых смещены в область больших токов (примерно на 100 А), и каждому значению T_2max соответствует большая величина максимальной мощности. В диапазоне температур от 2400 ^оК до 2810 ^оК максимальная мощность кнудсеновского ЭГЭ в 1,2…1,65 раз превышает мощность преобразователя в дуговом режиме. На рис.  27 для сравнения показаны зависимости максимальной удельной мощности ЭГЭ от максимальной температуры катода для кнудсеновского цезий-бариевого и дугового цезиевого режимов.

преимущества кнудсеновского режима над дуговым в области высоких температур, имеющие место в лабораторных ТЭП, сохраняются и в реальной конструкции (при Т_2max>2350 ^оК). Это относится к преобразователям, имеющим как гладкий, так и многополостной катоды. Использование в кнудсеновских ЭГЭ катодов с многополостной структурой поверхности позволяет увеличить генерируемую мощность в 1,2…1,3 раза.