Авторы
Ярыгин В.И., Тулин С.М.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Ярыгин В.И. – главный научный сотрудник, доктор технических наук, профессор. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-88-29; e-mail:
Тулин С.М. – ведущий инженер.
Аннотация
В статье на примере хром-ванадиевого сплава ВХ2У из активных к кислороду переходных металлов, некарбидизирующихся в рабочем диапазоне температур коллектора 800–1000 К, предложена физическая модель формирования его эффективной эмиссионной поверхности. В ней на основе новых результатов НИР, опубликованных в статьях высокорейтинговых научных журналов и защищенных научным открытием явления превращения аморфного углерода (графита) в среде термоэмиссионной низкотемпературной цезиевой плазмы в многослойную графеноподобную структуру, интеркалированную цезием, лежат представления авторов о двух местах адсорбции цезия. Одно – на двумерном субоксиде, другое – на многослойной графеноподобной структуре, интеркалированной цезием. Такая поверхностная эмиссионная система на коллекторе ТЭП экспериментально обеспечила высокую эффективность рабочего процесса преобразования энергии, характеризующуюся достижением работы выхода коллектора 1,3–1,5 эВ, барьерного индекса 1,9–2,0 эВ. Они соответствуют значению электродного к.п.д. ~17% при температуре эмиттера ~1800 К. Высокая эффективность термоэмиссионного преобразования энергии с электродной парой Pt-ВХ2У представляет потенциальный интерес в проектах использования ТЭП в плазменной электроэнергетике нового поколения, особенно при низкотемпературных рабочих режимах. Обсуждается положительная роль Pt, являющейся катализатором в процессе обезуглероживания ВХ2У-коллектора ТЭП. Этот процесс обеспечивает увеличение площади поверхности эффективного эмиссионного слоя на ВХ2У-коллекторе при адсорбции цезия, который в предлагаемой статье физической модели представлен системой Me-O-Cs. Установлено, что оптимальная система Me-O на ВХ2У-коллекторе соответствует субоксиду CrO на поверхности Cr при температуре до 1000 К. При превышении температуры коллектора до ~1200 К происходит разрушение субоксида CrO с образованием объемного оксида Cr2O3, сопровождающееся увеличением эффективной работы выхода ВХ2У-коллектора и падением эффективности рабочего процесса ТЭП с соответствующим увеличением VB до 2,2–2,3 эВ.
Ключевые слова
термоэмиссионный преобразователь, электродные материалы, барьерный индекс, коллектор, работа выхода электронов, электронная Оже-спектроскопия, субоксид, графен, цезий
УДК 621.311:621.039
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 3, c. 197–205