MXPA06004636A - Convertidor electrico termionico - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un convertidor eléctrico termiónico que incluye un láser (374) mejorador de la salida del cátodo, operativo para dirigir un haz lasérico (376) para que golpee una superficie de emisión de un emisor (321) del cátodo, para incrementar la salida de electrones del emisor (321) del cátodo. El láser (374) mejorador de la salida del cátodo estácolocado para dirigir un haz lasérico (375) a través de una abertura (370) en elánodo (306) o la estructura objetivo, en la dirección del emisor del cátodo (321). Un anillo de repulsión electrónica (380) estáprovisto en un borde de la abertura (370) en elánodo (306), para reducir el numero de electrones desviados delánodo (306) y que pasan a través de una abertura (370) en elánodo (306).

Description

CONVERTIDOR ELÉCTRICO TER IONICO Campo de la invención La presente invención se refiere en general al campo de la conversión de la energía calorífica directamente en energía eléctrica. Más particularmente, se proporciona un convertidor eléctrico termiónico. Antecedentes de la invención Hasta ahora, ya son conocidos los convertidores termiónicos tales como aquellos mostrados en las patentes U.S. Nos. 3,519,854, 3,328,611, 4,303,845, 4,323,808, 5,459,367, 5,780,954, y 5,942,834 (todas del inventor de la presente invención y por esto incorporadas en su totalidad para referencia) , que describen varios aparatos y métodos para la conversión directa de la energía térmica en energía eléctrica. En la patente U.S. No. 3,519,854, se describe un convertidor que utiliza técnicas del efecto de Hall como los medios de colección de la corriente de salida. La patente ? 854 enseña el uso de una corriente de electrones retirada por ebullición de una superficie del cátodo emisor como la fuente de electrones . Los electrones son acelerados hacia un ánodo colocado más allá del transductor con efecto de Hall . El ánodo de . la patente *854 es una placa metálica simple, la cual tiene un elemento estático cargado pesadamente que circunda la placa y la aisla del mismo.

Ref .172360 La patente U.S. No. 3,328,611 describe un convertidor termiónico configurado esféricamente, en donde un cátodo de emisión, esférico, es suministrado con calor, por lo cual emite electrones a una ánodo esférico colocado concéntricamente, bajo la influencia de un elemento de control, el ánodo esférico tiene un potencial positivo elevado sobre el mismo y está aislado del elemento de control. Como con la patente 854, el ánodo de la patente ?611 es simplemente una superficie metálica. La patente U.S. No. 4,303,845 describe un convertidor termiónico en donde la corriente de electrones del cátodo pasa a través de una bobina de inducción con núcleo de aire localizada dentro de un campo magnético transversal, por lo cual genera una EMF en la bobina de inducción por la interacción de la corriente electrónica con el campo magnético transversal. El ánodo de la patente ?845 también comprende una placa metálica que tiene un elemento estático cargado pesadamente que circunda la placa y la aisla del mismo. La patente U.S. No. 4,323,808 describe un convertidor termiónico excitado por láser que es muy semejante al convertidor termiónico descrito en la patente ?845. La diferencia principal es que la patente ?808 describe el uso de un láser que es aplicado a una rejilla sobre la cual los electrones son colectados al mismo tiempo que el potencial para la rejilla es removido, por lo cual se crean bolos de electrones que son acelerados hacia el ánodo a través de una bobina . de inducción con núcleo de aire localizada dentro de un campo magnético transversal. El ánodo de la patente ? 808 es el mismo que aquel descrito en la patente 845, es decir, simplemente una placa metálica que tiene un elemento estático cargado pesadamente que circunda la placa y la aisla del mismo. La patente U.S. No. 5,459,367 utiliza ventajosamente un elemento colector mejorado con un ánodo que tiene fibras de lana de cobre y un gel de sulfato de cobre en lugar de una placa metálica. Adicionalmente, el elemento colector tiene un elemento altamente cargado (es decir, con electricidad estática) que rodea el ánodo y lo aisla del mismo. Las patentes U.S. Nos. 5,780,954, y 5,942,834 están dirigidas a la provisión de un cátodo que es construido como una rejilla de alambre, con el cátodo que es de una forma no plana para incrementar su área superficial de emisión. Estas patentes también describen la técnica de utilizar un láser para golpear la corriente de electrones antes de que los mismos alcancen el ánodo, como una medida para proporcionar la interferencia cuántica, de tal modo que los elementos electrónicos puedan ser capturados más fácilmente por el ánodo. Otro diseño previo tiene un ánodo y un cátodo que están relativamente cercanos conjuntamente de tal modo que estén a una separación de dos micrones dentro de una cámara de vacío . Tal diseño previo no utiliza una fuerza de atracción para atraer los electrones emitidos desde el cátodo hasta el ánodo además de la inducción de cesio en la cámara que aloj a al ánodo y al cátodo . El cesio recubre el ánodo con una carga positiva para mantener fluyendo a los electrones. Con el ánodo y el cátodo que están tan cerca conjuntamente, es difícil mantener las temperaturas del ánodo y el cátodo a temperaturas substancialmente diferentes. Por ejemplo, normalmente se podría tener el cátodo a 1800 grados Kelvin y el ánodo a 800 grados Kelvin. Una fuente de calor es provista para calentar el cátodo, y un sistema de circulación de refrigerante es provisto en el ánodo para mantenerlo a la temperatura deseada. Aún cuando la cámara es mantenida a un vacío (diferente de la fuente de cesio) , el calor del cátodo viaja hasta el ánodo y toma una cantidad significativa de energía para mantener la diferencia alta de temperatura entre el cátodo y el ánodo espaciados estrechamente . Esto a su vez reduce la eficiencia del sistema substancialmente . Breve descripción de la invención En consecuencia, un objeto de la presente invención es proporcionar un convertidor termiónico que tiene características mej oradas y/o perfeccionadas sobre aquellas diseñadas o desarrolladas previamente . Un obj eto principal adicional de la presente invención, es proporcionar un convertidor eléctrico termiónico con una eficiencia de conversión mej orada .

Otro objeto de la presente invención, es proporcionar un cátodo mejorado para un convertidor eléctrico termiónico que tiene una salida del cátodo incrementada. Todavía otro objeto de la presente invención, es proporcionar un convertidor eléctrico termiónico en el cual el cátodo es bombardeado por un láser para incrementar la capacidad de emisión del cátodo. Un objeto adicional de la invención, es proporcionar una ánodo u objetivo diseñado para capturar los electrones emitidos desde el cátodo, mientras que también se acomoda un mej orador del cátodo del láser. Los anteriores y otros objetos de la presente invención, los cuales llegarán a ser evidentes cuando proceda la descripción, son obtenidos por un convertidor eléctrico termiónico que tiene un elemento de encamisado, un cátodo dentro del elemento de encamisado que es operativo cuando se calienta para servir como una fuente de electrones, y un ánodo dentro del elemento de encamisado que es operativo para recibir los electrones emitidos desde el cátodo. El cátodo puede ser una rejilla de alambre que tiene alambres que viajan en al menos dos direcciones que son transversales entre sí. Un primer anillo de enfoque, cargado, está en el elemento de encamisado, entre el cátodo y el ánodo, y es operativo para dirigir los electrones emitidos por el cátodo a través del primer anillo de enfoque sobre su ruta hasta el ánodo. Un segundo anillo de enfoque, cargado, está en el elemento de encamisado, entre el primer anillo de enfoque y el ánodo, y es operativo para dirigir los electrones emitidos por el cátodo a través del segundo anillo de enfoque sobre su ruta hasta el ánodo. Pueden ser necesarios anillos de enfoque adicionales . El cátodo es separado preferentemente del ánodo a una distancia entre aproximadamente 4 micrones hasta aproximadamente cinco centímetros. Más preferentemente, el cátodo es separado del ánodo por una distancia de uno a tres centímetros. Un láser operativo para golpear los electrones (es decir, aplicar un haz lasérico a los electrones) está colocado entre el cátodo y el ánodo . El láser golpea los electrones justo antes de que los mismos alcancen el ánodo. El láser es operativo para proporcionar una interferencia cuántica con los electrones de tal modo que los electrones sean capturados más fácilmente por el ánodo . El cátodo puede ser ya sea un material sólido o formado de una rejilla de alambre. Cuando la construcción de rejilla de alambre es utilizada, la rejilla de alambre preferentemente incluye al menos cuatro capas de alambres . Además, cada una de las capas de alambre tiene alambres que se extienden en una dirección diferente desde cada una de las otras capas de alambre, la rejilla de alambre del cátodo incluye así alambres que se extienden en al menos cuatro direcciones diferentes. La rejilla está diseñada para incrementar ampliamente la superficie de emisión del cátodo.

La presente invención puede ser descrita alternativamente como un convertidor eléctrico termiónico que tiene un elemento de encamisado, un cátodo dentro del elemento de encamisado, que es operativo cuando se calienta para servir como una fuente de electrones, un ánodo dentro del elemento de encamisado, operativo para recibir los electrones emitidos desde el cátodo; y un láser operativo para golpear los electrones entre el cátodo y el ánodo. El láser proporciona así la interferencia cuántica con los electrones de tal modo que los electrones sean capturados más fácilmente por el ánodo . El láser es operativo para golpear los electrones justo antes de que los mismos alcancen el ánodo . El láser es operativo para golpear los electrones dentro del intervalo de 2 micrones de cuando ellos alcanzan el ánodo. El cátodo es una rejilla de alambre que tiene alambres que viajan en al menos dos direcciones que son transversales entre sí. El cátodo está separado del ánodo a una distancia de aproximadamente 4 micrones hasta aproximadamente cinco centímetros . La presente invención puede ser descrita alternativamente como un convertidor eléctrico termiónico que tiene un elemento de encamisado, un cátodo dentro del elemento de encamisado, que es operativo cuando se calienta para servir como una fuente de electrones, y un ánodo dentro del elemento de encamisado, operativo para recibir los electrones emitidos desde el cátodo y los chales proceden generalmente a lo largo de una dirección de movimiento que define la dirección desde el cátodo hasta el ánodo. El cátodo tiene un área de sección transversal plana normal a la dirección de movimiento, el cátodo tiene un área superficial de emisión de electrones para la emisión de electrones hacia el ánodo, y el área superficial de emisión de electrones es al menos 30 por ciento mayor que el área de sección transversal plana. El cátodo es una rejilla de alambre que tiene alambres que viajan en al menos dos direcciones que son transversales entre sí. De manera alternativa, o adicional, el cátodo es curvo en al menos una dirección perpendicular a la dirección de movimiento. Un láser está colocado para que sea operativo para golpear los electrones entre el cátodo y el ánodo justo antes que los mismos alcancen el ánodo. Preferentemente, el área superficial de emisión de electrones es al menos el doble del área de sección transversal plana. Más preferentemente, el área superficial de emisión de electrones es al menos el doble del área de sección transversal plana. Mientras más pequeño sea el diámetro del alambre, más grande será el área de emisión. Esta es una relación exponencial . La presente invención también involucra el uso de un láser colocado para que choque sobre el cátodo mientras que es cuadriculado o escalonado a lo largo de la superficie de emisión del cátodo, con el propósito de mejorar la salida de los electrones emitidos desde el cátodo. El láser puede ser colocado debajo del ánodo u objetivo, y dirigido hacia el cátodo, y el haz lasérico puede ser emitido a través de una abertura en el objetivo para que choque sobre el cátodo. Un objetivo o ánodo diseñado especialmente para tener una abertura en el mismo, preferentemente a través del centro del mismo, está provisto para acomodar la operación del láser. Breve descripción de las figuras La invención será descrita con detalle aquí con referencia a las siguientes figuras en las cuales, las referencias numéricas semejantes denotan elementos semejantes, y en donde: la figura 1 es un diagrama esquemático de un convertidor eléctrico termiónico del arte previo; la figura 2 es una diagrama esquemático de un convertidor eléctrico termiónico, excitado por láser, del arte previo; la figura 3 es una vista lateral con partes en sección transversal y un diagrama esquemático de un convertidor eléctrico termiónico de acuerdo con la presente invención; la figura 4 es una vista superior de una estructura de rejilla de alambre utilizada para un cátodo; la figura 5 es una vista lateral de una parte de la estructura de rejilla de alambre; la figura 6 es una vista lateral de una parte de una estructura de rejilla de alambre alternativa; la figura 7 es un diagrama esquemático lateral que ilustra las capas múltiples en una estructura de rejilla de alambre; y la figura 8 es una vista lateral simplificada de una estructura del cátodo alternativo. La figura 9 es una vista lateral con partes en sección transversal y un diagrama esquemático de un convertidor termiónico, de acuerdo con otra modalidad preferida de la presente invención. La figura 10 es una vista en elevación frontal, substancialmente esquemática, del submontaje objetivo empleado en la modalidad de la figura 9. La figura 11 es una vista lateral, substancialmente esquemática, del submontaje objetivo de la figura 10. Descripción detallada de las modalidades preferidas Las figuras 1 y 2 muestran los convertidores eléctricos termiónicos del arte previo como son mostrados y descritos en las patentes U.S. Nos. 4,303,845, y 4,323,808, respectivamente, ambos de Edwin D. Davis, el inventor de la presente invención, las descripciones las cuales son incorporadas aquí para referencia en su totalidad. Aunque la operación de ambos convertidores termiónicos es descrita con detalle en las patentes incorporadas, una revisión operativa general es presentada aquí con referencia a las figuras 1 y 2. Esto puede proporcionar antecedentes útiles en el entendimiento de la presente invención. La figura 1 muestra un convertidor eléctrico termiónico básico. La figura 2 muestra un convertidor termiónico, excitado por láser. La operación de ambos convertidores es muy semejante. Con referencia a las figuras, un convertidor eléctrico termiónico básico 10 es mostrado. El convertidor 10 tiene un alojamiento externo 12 de forma cilindrica, alargado, equipado con un par de paredes de extremo 14 y 16, por lo cual forma una cámara cerrada 18. El alojamiento 12 está hecho de cualquiera de un número de materiales no conductores eléctricamente, fuertes, conocidos, tales como, por ejemplo, materiales de plástico o cerámica de alta temperatura, mientras que las paredes de extremo 14, 16 son placas metálicas a las cuales se pueden hacer conexiones eléctricas . Los elementos están unidos mecánicamente de manera conjunta y sellados herméticamente de tal modo que la cámara 18 pueda soportar un vacío, y un potencial eléctrico moderadamente elevado pueda ser aplicado y mantenido a través de las paredes de extremo 14 y 16. La primera pared de extremo 14 contiene una región 20 de cátodo conformada que tiene un recubrimiento emisor de electrones colocado sobre su superficie interior, mientras que la segunda pared de extremo 16 está formada como una superficie ligeramente cóncava, circular, que está montada primero en un anillo aislante 21 para formar un montaje, la totalidad de los cuales son acoplados entonces al alojamiento 12. En el uso, las paredes de extremo 14 y 16 funcionan respectivamente como la terminal del cátodo y la placa de colección del convertidor 10. Entre estas dos paredes, una corriente de electrones 22 fluirá substancialmente a lo largo del eje de simetría de la cámara cilindrica 18, que se origina en la región del cátodo 20 y que termina en la placa de colección 16. Un elemento de enfoque anular 24 está colocado concéntricamente dentro de la cámara 18 en una localización adyacente al cátodo 20. Un elemento deflector 26 está colocado concéntricamente dentro de la cámara 18 en una localización adyacente a la placa de colección 16. Colocado entre estos dos elementos está un montaje de inducción 28 comprendido de una bobina de inducción helicoidal 30 y un magneto anular alargado 32. La bobina 30 y el magneto 32 están colocados concéntricamente dentro de, y ocupan la región central de, la cámara 18. Refiriéndose brevemente a la vista esquemática de la figura 2, la colocación radial relativa de varios elementos y montajes puede ser observada. Para claridad de presentación, los medios de retención mecánica para estos elementos localizados interiormente no han sido incluidos en ninguna figura. El elemento de enfoque 24 está conectado eléctricamente por medio de un conductor 34 y una bandeja de alimentación 36 sellada herméticamente, a una fuente externa de potencial estático (no mostrada) . La bobina de inducción 30 está conectada de manera semejante por medio de un par de conductores 38 y 40 y un par de bandejas de alimentación 42 y 44 a un elemento de carga externa mostrado simplemente como un resistor 46. Los potenciales aplicados a los diversos elementos no son mostrados explícitamente ni descritos con detalle porque los mismos constituyen medios bien conocidos, convencionales, para implementar los dispositivos de la corriente de electrones relacionada. Brevemente, considerando (convencionalmente) la región 20 del cátodo como un nivel de referencia del voltaje, una carga estática positiva, elevada, es aplicada a la placa de colección 16, y al circuito externo que contiene esta fuente de voltaje es complementado por la conexión de su lado negativo al cátodo 20. Esta carga estática positiva, elevada, aplicada, provoca que la corriente de electrones 22 que se originó en la región 20 del cátodo sea acelerada hacia la placa de colección 16 con una magnitud que depende directamente de la magnitud de la carga estática, elevada, aplicada. Los electrones chocan sobre la placa de colección 16 a una velocidad suficiente para provocar una cierta cantidad de rebote. El elemento deflector 16 está configurado y colocado para prevenir que estos electrones de rebote alcancen la sección principal del convertidor, y las conexiones eléctricas (no mostradas) son aplicadas al mismo cuando sea requerido. Un voltaje negativo de un nivel bajo a moderado, es aplicado al elemento de enfoque 24 por el enfoque de la corriente de electrones 22 hacia un rayo estrecho. En la operación, una fuente de calor 48 (la cual puede ser derivada de diversas fuentes tales como la combustión de combustibles fósiles, dispositivos solares, dispositivos atómicos, desechos atómicos o intercambiadores de calor de las operaciones atómicas existentes) es utilizada para calentar el recubrimiento emisor de electrones sobre el cátodo 20, por lo cual se retiran por ebullición cantidades de electrones . Los electrones liberados son enfocados hacia un rayo estrecho por el elemento de enfoque 24 y son acelerados hacia la placa de colección 16. Mientras que transitan por el montaje de inducción 28, los electrones llegan bajo la influencia del campo magnético producido por el magneto 32 y ejecutan un movimiento interactivo que provoca que una EMF sea inducida en las espiras de la bobina de inducción 30. Realmente, esta EMF inducida es la suma de un gran número de electrones individuales que ejecutan circuitos cerrados de corriente circular pequeña por lo cual se desarrolla un número correspondientemente grande de EMFs pequeñas en cada devanado de la bobina 30. Tomado como un todo, el voltaje de salida del convertidor es proporcional a la velocidad de los electrones en tránsito, y la corriente de salida es dependiente del tamaño y la temperatura de la fuente de electrones. El mecanismo para EMF inducida puede ser explicado en términos de la fuerza de Lorentz que actúa sobre un electrón que tiene una velocidad lineal inicial cuando el mismo se introduce en un campo magnético substancialmente uniforme, colocado ortogonalmente con respecto a la velocidad del electrón. En un dispositivo configurado apropiadamente, resulta una ruta en espiral del electrón (no mostrada) , la cual produce la velocidad neta deseada del cambio de flujo que es requerida por la ley de Faraday para producir una EMF inducida. Esta ruta en espiral del electrón resulta de una combinación de la ruta de translación lineal (longitudinal) debido a la acción de aceleración de la placa de colección 16, y una ruta circular (transversal) debido a la interacción de la velocidad inicial del electrón y el campo magnético transversal del magneto 32. Dependiendo de la magnitud relativa del voltaje elevado aplicado a la placa de colección 16 y la fuerza y orientación del campo magnético producido por el magneto 32, otros mecanismos para producir un voltaje directamente en la bobina de inducción 30 pueden ser posibles. El mecanismo descrito anteriormente, es sugerido como uno ilustrativo solamente, y no está considerado como el único modo operativo disponible. Todos los mecanismos, sin embargo, podrían resultar de varias combinaciones de las consideraciones de Lorentz y Faraday aplicables. La diferencia básica entre el convertidor básico mostrado en la patente U.S. No. 4,303,845 y el convertidor excitado por láser, mostrado en la patente U.S. No. 4,323,808, es que el convertidor excitado por láser colecta los electrones retirados por ebullición de la superficie del cátodo sobre una rejilla 176 que tiene un potencial negativo pequeño aplicado sobre la misma por una fuente de potencial negativo 178 a través del conductor 180, el cual atrapa el flujo de electrones y la masa de los electrones. El potencial eléctrico impuesto sobre la rejilla es removido, mientras que la rejilla es expuesta simultáneamente a una descarga de impulsos de láser desde el montaje de láser 170, 173, 174, 20 provocando que un bolo de electrones 22 sea liberado. El bolo de electrones 22 es enfocado entonces eléctricamente y dirigido a través del interior de las bobinas de inducción con núcleo de aire localizadas dentro de un campo magnético transversal, por lo cual genera una EMF en la bobina de inducción la cual es aplicada a un circuito externo para efectuar un trabajo, como se describió anteriormente con respecto al convertidor termiónico básico.

Como se describe por la patente U.S. No. 5,459,367 previa, del presente inventor, existen numerosas desventajas concurrentes, asociadas usualmente con tener un elemento de colección compuesto simplemente de una placa metálica conductora. Por lo tanto, el elemento de colección de ese diseño incluye una capa conductora de gel de sulfato de cobre impregnada con fibras de lana de cobre. La presente invención puede utilizar tal ánodo. Sin embargo, la presente invención también puede utilizar un ánodo de placa metálica conductora dado que otros aspectos de la presente invención minimizarán o evitarán algunas de las desventajas que de otra manera, podría provocar tal ánodo en forma de placa. Básicamente entonces, las características específicas del ánodo no son un punto central con respecto al diseño preferido de la presente invención. Con referencia ahora a la figura 3, un convertidor eléctrico termiónico 200 de acuerdo con la presente invención, incluye un elemento de encamisado 202 en el cual un vacío podría ser mantenido por un aparato de vacío (no mostrado) de la manera conocida. El elemento de encamisado 202 es preferentemente cilindrico alrededor de un eje central 202A que sirve como un eje de simetría del elemento 202 y los componentes en el mismo, excepto en donde se señale de otra manera. El colector 204 puede incluir una placa circular 206 del ánodo, plana (hecha de cobre por ejemplo) , rodeada por un anillo 208 cargado estáticamente (cargado a 1000 Coulombs por ejemplo) , que tiene anillos aislantes 210 concéntricos con el mismo. El anillo 208 y los anillos 210 pueden ser construidos y operativos como se describió en la patente U.S. No. 5,459,367. Un elemento de enfriamiento 212 está acoplado térmicamente a la placa 206 de tal modo que el refrigerante desde la fuente de refrigerante 214 sea reciclado de principio a fin por el circuito de refrigeración 216. El elemento de enfriamiento 212 mantiene la placa del ánodo a una temperatura deseada. El elemento de enfriamiento 212 alternativamente puede ser el mismo que la placa 206 del ánodo (en otras palabras, el refrigerante podría circular a través de la placa 206) . Un arreglo de realimentación (no mostrado) que utiliza uno o más sensores (no mostrados) podría ser utilizado para estabilizar la temperatura del ánodo 206. El montaje del cátodo 218 de la presente invención incluye un cátodo 220 calentado por una fuente de calor, de tal modo que la misma emita electrones que generalmente se mueven a lo largo de la dirección de movimiento 202A hacia el ánodo 206. (Como en la patente U.S. No. 5,459,367, el anillo cargado 208 ayuda a atraer los electrones hacia el ánodo) . Aunque la fuente de calor es mostrada como una fuente 222 de fluido de calentamiento (líquido o gas) que fluye hasta el elemento de calentamiento 224 (el cual está acoplado térmicamente al cátodo 220) por medio del circuito de calentamiento 226, se podrían utilizar fuentes de energía alternas tal como un láser aplicado al cátodo 224. La entrada de energía en la fuente 222 podría ser un combustible fósil, la luz solar, un láser, energía de microondas, o materiales radioactivos. Además-, el combustible nuclear utilizado que podría ser almacenado simplemente de otra manera a un gran costo y sin beneficio, podría ser utilizado para proporcionar calor a la fuente 222. Los electrones energizados al nivel de Fermi en el cátodo 222 escapan de la superficie del mismo y, atraídos por el anillo de carga estática 208, viajan a lo largo de la dirección de movimiento 202A a través del primer y segundo anillos o cilindros de enfoque 228 y 230, los cuales pueden ser construidos y operativos de un modo semejante al elemento de enfoque 24 del arreglo del arte previo descrito anteriormente. Para ayudar a los electrones a moverse en la dirección apropiada, una protección 232 puede rodear al cátodo 224. La protección 232 puede ser cilindrica o cónica o, como es mostrado, incluir una porción cilindrica más cercana al cátodo 224 y una porción cónica adicional del cátodo 224. En cualquier caso, la protección tiende a mantener el movimiento de los electrones en la dirección 202A. Los electrones tenderán a ser repelidos de la protección 232 puesto que la protección estará a una temperatura relativamente elevada (debido a su proximidad al cátodo 220 de temperatura relativamente elevada) . De manera alternativa o adicional, para que sean repelidos por la temperatura elevada de la protección, la protección 232 podría tener una carga negativa aplicada a la misma. En este último caso, el aislamiento (no mostrado) podría ser utilizado entre la protección 232 y el cátodo 220. La energía eléctrica producida que corresponde al flujo de electrones desde el cátodo 220 hasta el ánodo 206, es suministrada por medio de un alambre 234 del cátodo y un alambre 236 del ánodo a un circuito externo 238. Pasando de la operación total del convertidor 200 a los aspectos ventajosos específicos del mismo, los electrones tales como el electrón 240 tienden a tener un nivel de energía elevado cuando los mismos se aproximan al ánodo 206. Por lo tanto, la tendencia normal podría ser para algunos, rebotar fuera de la superficie y no ser capturados en la misma. Esto conduce normalmente a la dispersión de los electrones y disminuye la eficiencia de conversión de un convertidor. Para evitar o reducir ampliamente esta tendencia, la presente invención utiliza un láser 242 que golpea los electrones (por ejemplo, los golpea con un haz lasérico 244) justo antes que los mismos golpeen al ánodo 206. La interferencia cuántica entre los fotones del haz lasérico 244 y los electrones 240 reduce el estado de energía de los electrones de tal modo que los mismos sean capturados más fácilmente por la superficie del ánodo 206.

Como se entenderá de la teoría de partículas-onda doble de la física, los electrones golpeados por el haz lasérico pueden exhibir propiedades de ondas y/o de partículas. Por supuesto, el alcance de las reivindicaciones de la presente invención no está limitado a cualquier teoría particular de operación a menos de que y excepto en donde una reivindicación haga referencia expresamente a tal teoría de operación, tal como la interferencia cuántica. Cuando se utilice aquí, cuando se haga referencia al láser 242 que golpea los electrones con el haz 244 "justo antes" que los electrones alcancen el ánodo 206, significa que los electrones que han sido golpeados no pasan a través de ningún otro de los componentes (tal como un elemento de enfoque), porque los mismos continúan hasta el ánodo 206. Más específicamente, los electrones son golpeados preferentemente dentro del intervalo de 2 micrones cuando los mismos alcanzan el ánodo 206. Aún más preferentemente, los electrones son golpeados por el láser con un micrón de alcance del ánodo 206. En efecto, la distancia desde el segundo elemento de enfoque 230 hasta el ánodo 206 puede ser de 1 micrón y el láser puede golpear los electrones más cercanos al ánodo 206. De ese modo (es decir, golpeando los electrones justo antes que los mismo alcancen el ánodo) , la energía de los electrones es reducida a un punto en donde la energía reducida es más apropiada y útil .

Aunque el elemento de encamisado 202 puede ser opaco, tal como un elemento metálico, una ventana 246 para láser está hecha de un material transparente de tal modo que el haz lasérico 244 pueda viajar desde el láser 242 hacia la cámara dentro del elemento 202. Alternativamente, el láser 242 podría ser colocado en la cámara. Además de mejorar la eficiencia de conversión utilizando el láser 242 para reducir el nivel de energía de los electrones justo antes de que los mismos alcancen el ánodo 206, el cátodo 220 de la presente invención está diseñado específicamente para mejorar la eficiencia por el incremento del área de emisión del electrón del cátodo 220. Con referencia a la figura 4, el cátodo 220 es mostrado como una rejilla circular de alambres 248. Los alambres 250 de una primera capa o capa superior de alambres paralelos, se extienden en una dirección 252, mientras que los alambres 254 de una segunda capa de alambres paralelos se extienden en la dirección 256, de manera transversal a la dirección 252 y preferentemente perpendicular a la dirección 252. Una tercera capa de alambres paralelos (solamente un alambre 258 es mostrado para facilidad de ilustración) se extiende en la dirección 260 (a 45 grados desde las direcciones 252 y 256) . Una cuarta capa de alambres paralelos (solamente un alambre 262 es mostrado para facilidad de ilustración) se extiende en la dirección 264 (a 90 grados de la dirección 260) .

También se debe señalar que la figura 4 muestra los alambres con distancias de separación relativamente grandes entre ellas, pero esto también es para facilidad de ilustración. Preferentemente, los alambres son alambres extruidos finamente y las distancias de separación entre los alambres paralelos en la misma capa podrían ser semejantes al diámetro de los alambres. Preferentemente, los alambres tienen diámetros de 2 mm o menores hasta un tamaño de filamento fino. Los alambres pueden ser de tungsteno o de otros metales utilizados en los cátodos. Con referencia a la figura 5, los alambres 250 y 254 pueden estar descentrados entre sí con todos los alambres 250 (solamente uno es mostrado en la figura 5) colocados en un plano común descentrado de un plano común diferente en el cual todos los alambres 254 están colocados. Un arreglo alternativo mostrado en la figura 6 tiene alambres 250' (solo uno es visible) y 254' los cuales están entretejidos de la misma manera que una tela. Con referencia a la figura 7, un cátodo alterno 220' puede tener tres porciones 266, 268, y 270. Cada una de las porciones 266, 668, y 270 puede tener dos capas perpendiculares de alambres (no mostradas en la figura 7) tales como 250 y 254 (o 250' y 254'). La porción 266 podría tener alambres que viajan hacia el plano de observación de la figura 7 y alambres paralelos al plano de la figura 7. La porción 268 tiene dos capas de alambres, cada una teniendo alambres que se extienden en una dirección a 30 grados desde una de las direcciones de los alambres para la porción 266. La porción 270 tiene dos capas de alambres, cada capa teniendo alambres que se extienden en una dirección de 60 grados desde una de las direcciones de los alambres para la porción 266. Se apreciará que la figura 7 es ilustrativa del punto que se podrían utilizar capas múltiples de alambres que se extienden en diferentes direcciones . Las diversas estructuras de la rejilla de alambre para el cátodo incrementan el área superficial de emisión de electrones, efectiva, por medio de la forma de los alambres y sus capas múltiples . Una manera alternativa de incrementar el área superficial es ilustrada en la figura 8. La figura 8 muestra una vista en sección transversal de un cátodo parabólico 280, operativo para emitir los electrones para el movimiento generalmente a lo largo de la dirección de movimiento 220A' . El cátodo 280 tiene un área de sección transversal plana A normal con respecto a la dirección de movimiento 202A. Significativamente, el cátodo 280 tiene un área superficial de emisión de electrones EA (desde la curvatura del cátodo) para la emisión de electrones hacia el ánodo, la cual es al menos 30 por ciento mayor que el área de sección transversal A plana. Por consiguiente, una densidad más grande de electrones es generada para un cátodo de tamaño dado. Aunque el cátodo 280 es mostrado como una parábola, se pueden utilizar otra superficies curvas. El cátodo 280 se puede hacer de un elemento sólido o también puede incorporar estructuras de rejilla de alambre de capas múltiples, semejantes a las descritas para las figuras 4-7, excepto que cada capa podría ser curva y no plana. Aunque el arreglo de cátodos curvos de la figura 8 proporciona un área superficial de emisión de electrones EA que es al menos 30 por ciento mayor que el área de sección transversal lateral A, los diversos arreglos de rejilla de alambre tal como el de la figura 4, proporcionan un área superficial de emisión de electrones que es al menos el doble del área de la sección transversal lateral (es decir, definida como se muestra para la figura 8) . Realmente, el área superficial de emisión de electrones en los arreglos de rejillas debe ser al menos diez veces el área de sección transversal lateral . Ventajosamente, la presente invención permite que el cátodo 220 y el ánodo 206 sean descentrados entre sí desde 4 micrones hasta 5 cm. Más específicamente, esa distancia de separación o descentramiento será desde 1 hasta 3 cm. Por consiguiente, el cátodo y el ánodo están suficientemente separados de modo que el calor del cátodo es menos probable que sea transportado al ánodo que en los arreglos en donde el cátodo y el ánodo deben estar en proximidad estrecha. Por lo tanto, la fuente de refrigerante 214 puede ser un arreglo de demanda de refrigerante relativamente bajo puesto que un menor enfriamiento es requerido que en muchos diseños del arte previo. Pasando ahora a las figuras 9-11, una modalidad adicional del convertidor eléctrico termiónico de la presente invención es ilustrada. Esta modalidad está diseñada para incrementar adicionalmente la salida de electrones desde el cátodo, por lo cual se incrementa adicionalmente la eficiencia de conversión y la generación de la corriente eléctrica del convertidor. El convertidor eléctrico termiónico 300 de acuerdo con la modalidad mostrada en las figuras 9-11, puede emplear preferentemente muchos de los mismos componentes o componentes semejantes al convertidor 200 ilustrado y descrito con respecto a las figuras 3-8. En particular, el convertidor 300 preferentemente incluye un elemento de encamisado 302, que puede ser preferentemente cilindrico a lo largo de al menos una porción de su extensión longitudinal . El convertidor 300 incluye además un submontaje objetivo de los electrones o colector 304, los detalles de construcción del cual serán descritos posteriormente . Un elemento de enfriamiento 312 está provisto para mantener el submontaje objetivo 304, o los componentes específicos del mismo, a una temperatura deseada, generalmente inferior que una temperatura operativa del submontaje 318 del cátodo. El submontaje 318 del cátodo preferentemente incluye un cátodo 320 que tiene un emisor 321 del cátodo, el cátodo es calentado por una fuente de calor 322 acoplada térmicamente al cátodo de tal modo que el calentamiento del cátodo provocará que los electrones lleguen a ser energizados y escapen de la superficie del emisor 321 del cátodo. La fuente 322 de calor, como es ilustrada, incluye un elemento de calentamiento 324 acoplado al cátodo, y un circuito de calentamiento 326 que suministra un fluido de calentamiento (líquido o gas) al cátodo 320. Como con las modalidades descritas en las figuras 3-8, se reconocerá por las personas con conocimiento ordinario en el arte, que la fuente de energía térmica para el calentamiento del cátodo desde una fuente externa puede tomar la forma de energía solar, un combustible fósil, energía lasérica, energía de microondas, o energía térmica derivada de materiales radioactivos, tales como desechos radioactivos o materiales radioactivos agotados. El combustible nuclear utilizado que podría ser requerido de otra manera para ser almacenado a gran costo, podría ser utilizado para proporcionar energía térmica para la fuente de calentamiento 322. La construcción de sistemas básicos o submontajes para proporcionar los diversos tipos de energía térmica serán evidentes fácilmente para las personas con experiencia ordinaria en el arte .

El . convertidor 300 también puede emplear preferentemente primer y segundo anillos de enfoque 328, 330, de una manera semejante a aquella mostrada en la figura 3. Una protección 332 también puede ser provista para rodear el cátodo 320, para efectuar esencialmente la misma función que lo hace la protección 232 en la modalidad de la figura 3. La energía eléctrica producida en correspondencia a un flujo de electrones desde el emisor 321 del cátodo hasta el ánodo 306 del submontaje objetivo 304, es suministrada por medio del alambre 334 del cátodo y el alambre 336 del ánodo a un circuito externo 338. El circuito 338 recibe así la energía en la forma eléctrica, tal energía es producida o generada a partir de la energía térmica por el convertidor 300. El circuito 338 puede incluir preferentemente un transistor 337 conectado en la línea de retorno del circuito (mostrada como el alambre 334 del cátodo en la figura 9) , de modo que la corriente en el circuito sea restringida a fluir en solamente una dirección, es decir, en la dirección de regreso al emisor 321 del cátodo, por medio de una canaleta alimentadora 339 en el elemento de encamisado 302. El convertidor 300 incluye además preferentemente un láser 342 de interferencia electrónica, que opera a un estado inferior de energía de los electrones cuando los mismos alcanzan el ánodo 306, como por interferencia cuántica u otro fenómeno de interacción de partículas. El haz lasérico 344 pasa a través de la ventana 346 para el láser e intersecta la ruta de, o "golpea a" , los electrones de entrada para reducir la energía almacenada en los electrones. Se puede hacer referencia a la descripción de este aspecto de la invención con relación al láser 242 y el haz lasérico 244, y en la figura 3 de aquí, siempre que la teoría de operación está relacionada. La reducción en el nivel de energía de los electrones inmediatamente previo al contacto con el ánodo 306 reduce la tendencia de los electrones a golpear el ánodo 306 y a rebotar fuera y dispersarse a causa de la colisión. El ánodo 306 capturará así un porcentaje más grande de los electrones de entrada . El submontaje objetivo o colector 304 está construido preferentemente para que tenga una abertura central 370 dimensionada y adaptada para permitir que un dispositivo mej orador de la salida del cátodo o mejorador del cátodo auxiliar 372, en la forma de un láser 374, emita un haz lasérico 376 en la dirección 376a de la superficie emisora 321 del cátodo 320. Alternativamente, el submontaje objetivo puede tener tal abertura en una localización descentrada, o, alternativamente, puede ser dimensionado y colocado dentro del elemento de encamisado 302 de tal modo que el láser 374 pueda dirigir el haz lasérico 376 desde una posición fuera de la periferia del submontaje objetivo.

Con referencia a la totalidad de las figuras 9-11, el submontaje objetivo 304 puede comprender preferentemente un ánodo 306 que tiene una abertura 370 a través del mismo, mostrada centralmente en las figuras, para propósitos de conveniencia. Un anillo aislante (aislante eléctricamente) 378 está colocado en un borde de la abertura 370, y está asegurado preferentemente al ánodo 306 en ese borde. Un anillo de repulsión de electrones 380 está colocado en una periferia interna del anillo aislante 378. Este anillo de repulsión 380 está provisto para prevenir substancialmente que los electrones que salen del cátodo 320 y que viajan a lo largo de la ruta 302a pasen hacia y a través de la abertura definida por el anillo de repulsión 380, o para minimizar el número de electrones que pasan a través del mismo. El anillo de repulsión de electrones 380 está provisto preferentemente con una carga negativa impuesta por una fuente externa (no mostrada) acoplada al anillo de repulsión en la canaleta de alimentación 379, o puede operar de una manera diferente para repeler los electrones. Preferentemente, el anillo 380 operará para desviar al menos una porción de los electrones hacia una ruta que conducirá a que los electrones choquen con el ánodo 306 del submontaje objetivo 304. El ánodo 306 puede ser formado como una placa circular plana, como es ilustrada, o alternativamente puede ser curva en cualquier dirección hacia o apartándose del cátodo 324, o conformada de otra manera de tal modo que sea diseñada para capturar efectivamente los electrones que viajan a lo largo de las rutas desde el cátodo 320 en contacto con el ánodo. El ánodo 306 preferentemente tiene, en su periferia exterior, un anillo cargado altamente 308 con energía estática, o anillo de Faraday, unido por los anillos aislantes interno y externo 310. Esta porción del submontaje objetivo será esencialmente semejante que aquella descrita con respecto a la modalidad de la figura 3 , y operará generalmente de la misma manera, para ayudar a atraer a los electrones hacia el ánodo 306, en donde los electrones pueden ser colectados para generar una corriente eléctrica. Un conectador de la canaleta de alimentación, mostrado esquemáticamente en la figura 11 en 382, es empleado para acoplar el anillo de Faraday 308 a unos medios para impartir la carga elevada estática deseada. Los anillos aislantes 310 operan para aislar eléctricamente el ánodo 306 y el circuito eléctrico principal 338 de la carga estática impuesta sobre el anillo 308. El ánodo 306 de la placa puede ser construido de los mismos materiales que lo está el ánodo 206 en la figura 3, o puede ser de cualquier otro tipo conocido en el arte que va a ser adecuado para este uso. El cátodo 320 también puede ser construido de los mismos materiales y de la misma manera que lo está el cátodo 220, descrito e ilustrado con respecto a las figuras 3-8, o cualquier otra estructura del cátodo descrita en las patentes previas mencionadas en la sección de antecedentes de aquí . En la modalidad de las figuras 9-11, la salida del cátodo es incrementada ampliamente sobre aquella obtenida en la modalidad mostrada en las figuras 3-8. Como se señaló previamente, un mejorador del cátodo auxiliar 372, en la forma del láser 374, está provisto para dirigir un haz lasérico 376 en la superficie de emisión 321 del cátodo, lo cual excita adicionalmente a los electrones sobre esa superficie, sobre y arriba de la excitación obtenida por la energía térmica suministrada por la fuente de calentamiento 322. En la modalidad preferida ilustrada, el láser 374 está colocado dentro del elemento de encamisado 302 y sobre un lado del ánodo 306, opuesto al lado en el cual está colocado el cátodo 320. El láser 374 es orientado para dirigir el haz lasérico 376 de tal modo que los fotones viajen a lo largo de la ruta 376a esencialmente en la dirección opuesta de la ruta 302a de los electrones que viajan desde el cátodo 320 hasta el ánodo 306. El haz lasérico 376 preferentemente choca con la superficie de emisión 321 del cátodo ya sea ortogonalmente con respecto a esa superficie, o a un ángulo pequeño de incidencia con respecto a la misma, para maximizar la transferencia de energía a los electrones .

El láser 374 preferentemente será controlado por el controlador 400 para emitir "disparos" o impulsos que tienen, por ejemplo, una duración del orden de uno a varios picosegundos, a una frecuencia de aproximadamente 10-100 MHz. Otros regímenes operativos también pueden ser adoptados y se debe reconocer que estos parámetros son provistos principalmente para propósitos ilustrativos. El mejorador del cátodo auxiliar 372 también incluirá preferentemente un dispositivo de cuadriculado, mostrado esquemáticamente en 382 en la figura 11. El dispositivo de cuadriculado 382 será controlado, también preferentemente por el controlador 400, para provocar que el haz lasérico 376 se deslice en las direcciones tanto lateral (de lado a lado) como vertical (de arriba hacia abajo, o viceversa) , de una manera que será fácilmente evidente para aquellas personas expertas en el arte durante la lectura de esta descripción. El dispositivo de cuadriculado 382 es utilizado para prevenir la erosión de la superficie de emisión del cátodo 320 en las regiones en donde el haz lasérico podría chocar de otro modo, de manera constante o frecuente, prolongando así la duración de utilidad del cátodo. El dispositivo de cuadriculado preferentemente completará un barrido desde un lado hasta el otro lado y desde la parte superior hasta la parte inferior del cátodo a una frecuencia del orden de uno a varios nanosegundos .

Nuevamente, este período puede diferir del intervalo preferido establecido, y puede ser coordinado con la frecuencia y duración de los impulsos de rayo láser para proporcionar grados diferentes deseados de excitación auxiliar de los electrones en la superficie del cátodo. Se espera que el uso de un mejorador del cátodo auxiliar del tipo descrito incrementará la salida del cátodo en aproximadamente 20-25 veces la salida del cátodo en las figuras 3-8, por ejemplo, cuando este convertidor es operado sin el mejorador auxiliar-. Nuevamente, los parámetros operativos del mejorador se pueden hacer variar cuando se desee ya sea para incrementar o reducir el nivel de mejoramiento hasta la salida del cátodo. En la figura 10, las posiciones alternativas posibles para el láser 374 del mejorador del cátodo auxiliar 372 son mostradas en A, B y C. Estas designaciones están propuestas para mostrar que el láser 374 puede ser montado descentrado, con relación al submontaje objetivo 304, por lo cual la abertura en el ánodo 306 podría ser descentrada, o podría ser montada fuera de la periferia externa del submontaje objetivo 304. En este último caso, podría no existir necesidad de proporcionar una abertura en el ánodo, ni podría ser necesario un anillo de repulsión de electrones. Como se señaló previamente, se desea mantener un ángulo de incidencia relativamente pequeño del haz lasérico con relación a la superficie de emisión 321 del cátodo, para mantener una transferencia eficiente de energía. Las colocaciones descentradas podrían conducir posiblemente a una mejora menos eficiente de la salida del cátodo, sin embargo, otra consideración de diseño puede ser simplificada utilizando posiciones, que podrían compensar la eficiencia ligeramente inferior. Además, hasta este punto, la discusión de la colocación del láser se ha enfocado en la colocación del láser en el lado posterior del submontaje objetivo 304, opuesto al lado en el cual el cátodo está colocado. Aunque tal colocación tiende a mantener un ángulo de incidencia más pequeño del haz lasérico con respecto a la superficie del cátodo, podría ser posible colocar el láser 374 adelante del ánodo (es decir, longitudinalmente entre el ánodo y el cátodo) , siempre que esté colocado radialmente en el lado externo de la ruta de los electrones que viajan desde el cátodo hasta el ánodo. Una característica adicional de la invención ilustrada en la figura 11 es la provisión de una pluralidad de electretos 398 alrededor de la periferia interna del elemento de encamisado 302, para ayudar a la eliminación de cualesquiera electrones desviados que pueden rebotar fuera del ánodo 306 o evitar de otra manera que sean capturados por el ánodo . Tales electrones desviados pueden crear una carga espacial dentro de la cámara de vacío. Los electretos 398 serán conectados a tierra, para prevenir substancialmente cualquier espacio de acumulación de carga. Aunque la invención ha sido descrita en conjunción con las modalidades específicas de la misma, es evidente que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para aquellos expertos en el arte. En consecuencia, las modalidades preferidas de la invención, como se describen aquí, están propuestas para ser ilustrativas, no limitativas. Se pueden hacer cambios sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se definió aquí y en las siguientes reivindicaciones . Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (21)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones .

1. Un convertidor eléctrico termiónico, caracterizado porque comprende: un elemento de encamisado; un cátodo dentro del elemento de encamisado que tiene un emisor del cátodo operativo, cuando se calienta, para servir como una fuente de electrones; una estructura objetivo dentro del elemento de encamisado que comprende un ánodo operativo para recibir los electrones emitidos desde el emisor del cátodo; y un dispositivo mejorador de la salida del cátodo operativo para incrementar una energía de excitación de los electrones colocados en el emisor del cátodo.

2. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo mejorador de la salida del cátodo comprende un láser mejorador del cátodo colocado para dirigir un haz lasérico para que choque con una superficie emisora del emisor del cátodo.

3. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el láser mejorador del cátodo está colocado en el interior del elemento de encamisado.

4. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el láser mejorador del cátodo es controlado por un dispositivo de cuadriculado operativo para provocar que el haz lasérico haga un barrido a través de la superficie emisora del cátodo.

5. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el dispositivo de cuadriculado es operativo para provocar que el haz lasérico haga un barrido a través de substancialmente la superficie emisora completa del cátodo.

6. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el cátodo está colocado en un primer lado del ánodo, y el láser mejorador del cátodo está colocado en un segundo lado del ánodo opuesto al primer lado.

7. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ánodo tiene una abertura en el mismo para permitir que un haz lasérico que sale desde el láser mejorador del cátodo pase a través del mismo.

8. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la abertura en el ánodo está localizada substancialmente en un centro del ánodo .

9. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la estructura objetivo comprende además un anillo de repulsión electrónica colocado en la abertura en el ánodo, el anillo de repulsión electrónica tiene una abertura a través del mismo.

10. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el anillo de repulsión electrónica está unido al ánodo por un anillo eléctricamente aislante colocado en un borde de la abertura en el ánodo .

11. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el anillo de repulsión electrónica está acoplado operativamente a una fuente operativa para imponer una carga negativa sobre el anillo de repulsión electrónica.

12. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la estructura objetivo comprende además un anillo altamente cargado estáticamente colocado en una periferia externa del ánodo .

13. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el ánodo y el anillo altamente cargado estáticamente están unidos conjuntamente por medio de un anillo aislante interno, y en donde el anillo altamente cargado estáticamente tiene un anillo aislante externo adaptado para montar la estructura objetivo dentro del elemento de encamisado.

14. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el emisor del cátodo comprende una rejilla de alambre que tiene alambres que viajan en al menos dos direcciones que son transversales entre sí .

15. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ánodo es un ánodo de placa substancialmente plana.

16. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un láser de interferencia electrónica operativo para golpear los electrones entre el cátodo y el ánodo.

17. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porgue además comprende un láser de interferencia electrónica operativo para golpear los electrones entre el ánodo y el cátodo.

18. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además al menos un electreto colocado dentro del elemento de encamisado y que es operativo para eliminar los electrones desviados presentes dentro del elemento de encamisado.

19. Un convertidor eléctrico termiónico, caracterizado porque comprende: un elemento de encamisado; un cátodo dentro del elemento de encamisado que tiene un emisor del cátodo operativo, cuando se calienta, para servir como una fuente de electrones; una estructura objetivo dentro del elemento de encamisado que comprende un ánodo operativo para recibir los electrones emitidos desde el emisor del cátodo; un láser mejorador del cátodo colocado para dirigir un haz lasérico para que choque con la superficie emisora del emisor del cátodo; y un controlador operativo para cuadricular el haz lasérico a través de la superficie emisora del emisor del cátodo.

20. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el cátodo y el láser mejorador del cátodo están colocados sobre lados opuestos de la estructura objetivo, y en donde el ánodo tiene una abertura en el mismo para permitir que un haz lasérico que emana del láser mejorador del cátodo pase a través de la misma; y en donde la estructura objetivo comprende además un anillo de repulsión electrónica colocado en el abertura en el ánodo, y un anillo altamente cargado estáticamente que se extiende alrededor de la periferia externa del ánodo, operativo para ayudar a atraer los electrones en el elemento de encamisado hacia el ánodo.

21. Un convertidor eléctrico termiónico de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque además comprende un láser de interferencia electrónica operativo para golpear los electrones entre el cátodo y el ánodo.