| 8695912 9216 5224 943 1ие приборы, 2 изд., Л., 1967; Иорданишвили Е. К., Термоэлектрические источники питания, М., 1968; Методы измерения характеристик термоэлектрических материалов и преобразователей, М., 1974. Л. С. Стилъбанс.
ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ (ТЭП), термоэлектронный преобразователь энергии, термоионный преобразователь энергии, устройство для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую на основе явления термоэлектронной эмиссии. Простейший ТЭП состоит из двух электродов (катода, или эмиттера, и анода, или коллектора, изготовляемых из тугоплавких металлов, обычно Mo, Re, W.), разделённых вакуумным промежутком (рис. 1). К эмиттеру от источника тепла подводится тепловая энергия, достаточная для возникновения заметной термоэлектронной эмиссии с поверхности металла. Электроны, преодолевая межэлектродное пространство (неск. десятых долей мм), попадают на поверхность коллектора, создавая на нём избыток отрицат. зарядов и увеличивая его отрицат. потенциал. Если непрерывно обеспечивать подвод тепла к эмиттеру и соответствующее охлаждение коллектора (к-рый получает тепло от достигающих его электронов), то во внеш. цепи будет поддерживаться электрич. ток и т. о. совершаться работа. Так как ТЭП представляет собой по существу тепловую машину, рабочим телом к-рой служит "электронный газ" (электроны "испаряются" с эмиттера - нагревателя и "конденсируются" на коллекторе - холодильнике), то кпд ТЭП не может превосходить кпд Карно цикла.
Напряжение, развиваемое ТЭП (0,5-1 в),- порядка контактной разности потенциалов, но меньше её на величину падения напряжения на межэлектродном зазоре и потерь напряжения на коммутац. проводах (рис. 2). Макс, плотность тока, генерируемого ТЭП, ограничена эмиссионной способностью эмиттера и может достигать неск. десятков а с 1 см2 поверхности. Для получения оптимальных величин работы выхода эмиттера (2,5-2,8 эв) и коллектора (1,0-1,7 эв) и для компенсации объёмного заряда электронов, образующегося вблизи электродов, в зазор между ними обычно вводят легко ионизируемые пары Cs. Положит, ионы цезия образуются при столкновении атомов Cs с быстрыми и тепловыми электронами как на горячем катоде (поверхностная ионизация), так и в межэлектродном объёме (вследствие либо однократного соударения атомов Cs с быстрыми и тепловыми электронами, либо ступенчатой ионизации, при к-рой в результате 1-го соударения с электроном атом Cs переходит в возбуждённое состояние, а при последующих - ионизируется). В последнем случае ТЭП работает в т. н. дуговом режиме - наиболее употребительном. При используемых в совр. ТЭП темп-рах электродов (1700-2000 К на катоде и 800-1100 К на аноде) их удельная мощность (в расчёте на 1 см2 поверхности катода) достигает десятков вт, а кпд может превышать 20%.
По роду источника тепла различают ядерные (реакторные и радиоизотопные), солнечные и газопламенные ТЭП. В ядерных ТЭП используется тепло, выделяющееся в результате реакции ядерного деления (в реакторных ТЭП) или распада радиоактивного изотопа
(в радиоизотопных). В 1970 в СССР создан первый в мире термоэмиссионный преобразователь-реактор "Топаз" электрич. мощностью ок. 10 кет. В солнечных ТЭП нагрев эмиттера осуществляется за счёт тепловой энергии солнечного излучения (с применением гелиоконцентраторов). Газопламенные ТЭП работают на тепле, выделяющемся при сжигании органич. топлива.
Рис. 1. Схема термоэмиссионного преобразователя: К - катод, или эмиттер; А - анод, или коллектор; R - внешняя нагрузка; Ок - тепло, подводимое к катоду; ОА - тепло, отводимое от анода; 1 - атомы цезия; 2 - ионы цезия; 3 -электроны.
Рис. 2, Распределение потенциальной энергии электронов в межэлектродном зазоре при недостаточной концентрации ионов цезия (1), в условиях компенсации объёмного заряда (2) и в дуговом режиме (3): УФК и УФА - уровни Ферми катода (эмиттера) и анода (коллектора); Е - энергия; Ек и ЕА - работа выхода катода и анода; AV3, АVПP и V - падение напряжения соответственно на межэлектродном зазоре, на коммутационных приводах и во внешней цепи; е - заряд электрона; d - межэлектродное расстояние.
Важные преимущества ТЭП по сравнению с традиц. электромашинными преобразователями - отсутствие в них движущихся частей, компактность, высокая надёжность, возможность эксплуатации без систематич. обслуживания. В наст, время (сер. 70-х гг) достигнут ресурс непрерывной работы одиночного ТЭП св. 40 000 ч. Перспективно использование ТЭП в качестве высокотемпературного звена многоступенчатых преобразователей энергии, напр., в сочетании с термоэлектрическими преобразователями, работающими при более низких темп-pax. В СССР, США, Франции и ряде др. стран ведутся интенсивные работы по созданию ТЭП, пригодных для массового пром. использования.
Лит.: Елисеев В. Б., Пятницкий А. П., Сергеев Д. И., Термоэмиссионные преобразователи энергии, М., 1970; Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма, М., 1973; Технология термоэмиссионных преобразователей. Справочник, под ред. С. В. Рябикова, М., 1974. H. С. Лидоренко.
ТЕРМОЭРОЗИЯ, сочетание теплового и механич. воздействия текущей воды на мёрзлые горные породы и лёд. Начальная стадия Т. мёрзлых горных пород обычно предопределяется вытаиванием содержащихся в них ледяных жил, вследствие чего на дневной поверхности возникает полигональная сеть эрозионных канав. Эти канавы при наличии естеств. уклона поверхности становятся путями стока талых вод и дождевых осадков, в свою очередь оказывающих дальнейшее тепловое и эродирующее воздействие на мёрзлые породы.
ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких темп-pax (порядка 107К и выше). Высокие темп-ры, т. е. достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатич. барьера, обусловленного взаимным отталкиванием ядер (как одноимённо заряженных частиц). Без этого невозможно сближение ядер на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил, а следовательно, и "перестройка" ядер, происходящая при Т. р. Поэтому Т. р. в природных условиях протекают лишь в недрах звёзд, а для их осуществления на Земле необходимо сильно разогреть вещество ядерным взрывом, мощным газовым разрядом, гигантским импульсом лазерного излучения или бомбардировкой интенсивным пучком частиц.
Т. р., как правило, представляют собой процессы образования сильно связанных ядер из более рыхлых и потому сопровождаются выделением энергии (точнее, выделением в продуктах реакции избыточной кинетич. энергии, равной увеличению энергии связи). При этом сам механизм этого "экзоэнергетического" сдвига к средней части периодич. системы элементов Менделеева здесь противоположен тому, к-рый имеет место при делении тяжёлых ядер: почти все практически интересные Т. р.- это реакции слияния (синтеза) лёгких ядер в более тяжёлые. Имеются, однако, исключения: благодаря особой прочности ядра 4Не (а-частица) возможны экзоэнергетич. реакции деления лёгких ядер (одна из них, "чистая" реакция 11В + р->34Не + + 8,6 Мэв, привлекла к себе интерес в самое последнее время).
Большое энерговыделение в ряде Т. р. обусловливает важность их изучения для астрофизики, а также для прикладной ядерной физики и ядерной энергетики. Кроме того, чрезвычайно интересна роль Т. р. в дозвёздных и звёздных процессах синтеза атомных ядер химич. элементов (ну клеогенеза ).
Скорости Т. р. В табл. 1 для ряда Т. р. приведены значения энерговыделения, основной величины, характеризующей вероятность Т. р. - её макс. эффективного поперечного сечения омакс, и соответствующей энергии налетающей (в формуле реакции - первой слева) частицы.
Таблица 1
Реакция
Энерговыделение, Мэв
омакс, барн (в области энергий <1 Мэв)
Энергия налетающей частицы, соответствующая Смаке, Мэв
1
Р + р-> D + е+ + v
2,2
10-23
_
2
p + D->3He + Y
5,5
10-6
___
3
р + Т -> 4Не + Y
19,7
10-6
___
4
D+D->T+p
4,0
0,16 (при 2 Мэв)
2,0
5
D + D->3He + n
3,3
0,09
1,0
6
D + D->4He+ у
24,0
-
7
D + Т -> 4He + п
17,6
5,0
0,13
8
Т + D->4He + п
17,6
5,0
0,195
9
Т + Т ->4Не + 2n
11,3
|
