NO321948B1 - Forbedrede termioniske elektriske omformere - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt området som angår omforming av varmeenergi direkte til elektrisk energi. Mer spesielt er det tilveiebrakt en forbedret termionisk elektrisk omformer.

Det er tidligere kjent termioniske omformere som beskrevet i US-patent nr. 3,519,854, 3,328,611,4,303,845, 4,323,808 og 5,459,367 (som alle er oppfunnet av oppfinneren av foreliggende oppfinnelse og som herved inntas som referanse), som beskriver forskjellige apparater og fremgangsmåter for direkte omforming av termisk energi til elektrisk energi. I US-patent nr. 3,519,854 er det beskrevet en omformer som benytter Hall-effektteknikker som innsamlingsanordninger for ut-ga ngsst rømmen. '854-patentet beskriver anvendelsen av en strøm av elektroner avgitt fra en utstrålende katodeoverflate som kilde for elektroner. Elektronene blir akselerert mot en anode som er posisjonert på den andre siden av Hall-effekttransduseren. Anoden ifølge '854-patentet er en enkel metallplate med et sterkt statisk lagret organ som omgir platen og er isolert fra denne.

US-patent nr. 3,328,611 beskriver en sfærisk utformet termionisk omformer hvor en sfærisk utstrålende katode blir forsynt med varme for derved å sende ut elektroner til en konsentrisk anbrakt, sfærisk anode under innvirkning av et styre-organ som har et høyt positivt potensial og som er isolert. Som i '854-patentet er anoden i '611-patentet ganske enkelt en metalloverflate.

US-patent nr. 4,303,845 beskriver en termionisk omformer hvor elektron-strømmen fra katoden passerer gjennom en induksjonsspole med luftkjerne anbrakt inne i et transversalt magnetfelt, for derved å generere en EMF i induksjonsspolen ved vekselvirkning mellom elektronstrømmen og det transversale magnetfelt. Anoden i '845-patentet omfatter også en metallplate som har et sterkt statisk ladet organ som omgir platen og er isolert fra denne.

US-patent nr. 4,323,808 beskriver en lasereksitert termionisk omformer som er svært lik den termioniske omformeren som er beskrevet i '845-patentet. Hovedforskjellen er at '808-patentet beskriver bruk av en laser som er tilknyttet et gitter på hvilket elektroner blir innsamlet samtidig som potensialet på gitteret blir fjernet, for derved å skape elektronklumper som akselereres mot anoden gjennom en induksjonsspole med luftkjerne anbrakt inne i et transversalt magnetfelt. Anoden i '808-patentet er den samme som den som er beskrevet i '845-patentet, dvs. ganske enkelt en metallplate som har et sterkt statisk ladet organ som omgir platen og er isolert fra denne.

US-patent 5,459,367 benytter fortrinnsvis et forbedret kollektorelement med en anode som har kopperull-fibre og koppersulfat-gel istedenfor en metallplate. I tillegg har kollektorelementet et sterkt ladet (dvs. statisk elektrisk) organ som omgir anoden og er isolert fra denne.

En annen tidligere kjent utforming har en anode og en katode som er forholdsvis nær hverandre, slik som to mikrometer, i et vakuumkammer. En slik tidligere kjent utforming benytter ingen tiltrekningskraft til å tiltrekke elektroner utsendt fra katoden til anoden, annet enn induksjon av cesium inn i kammeret som rom-mer anoden og katoden. Cesiumet dekker anoden med en positiv ladning for å holde elektronene i strømning. Med katoden og anoden så nær sammen, er det vanskelig å opprettholde temperaturene til katoden og anoden ved vesentlig forskjellige temperaturer. Vanligvis ville man f.eks. ha katoden ved 1800 Kelvin og anoden ved 800 Kelvin. Det er tilveiebrakt en varmekilde for å varme opp katoden og et system for kjølemiddelsirkulasjon er tilveiebrakt ved anoden for å holde den på den ønskede temperatur. Selv om kammeret blir opprettholdt ved et vakuum (forskjellig fra cesiumkilden), går varme fra katoden til anoden, og den krever en betydelig energimengde for å opprettholde det høye temperaturdifferensiale mellom den tett beliggende katode og anode. Dette senker igjen systemets effektivitet betydelig.

Det er følgelig et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny og forbedret termionisk elektrisk omformer.

Et mer spesielt formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en termionsk elektrisk omformer med forbedret omformingseffektivitet.

Nok et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret katode for en termionisk elektrisk omformer.

Et ytterligere formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en termionisk elektrisk omformer som har katoden og anoden betydelig atskilt fra hverandre slik at de er forholdsvis termisk isolerte fra hverandre.

Nok et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en termionisk elektrisk omformer hvor energi kan fjernes fra elektroner like før de treffer anoden.

De ovennevnte og andre formål med foreliggende oppfinnelse, som vil fremgå av den følgende beskrivelse, blir realisert ved hjelp av en termionisk elektrisk omformer som har et husorgan, en katode inne i husorganet som når den oppvarmes, kan opereres til å tjene som en elektronkilde, og en anode inne i husorganet som kan opereres til å motta elektroner utsendt fra katoden. Katoden er et trådgitter med tråder som går i minst to retninger som er transversale i forhold til hverandre. En ladet første fokuseringsring er i husorganet, mellom katoden og anoden, og er innrettet for å dirigere elektroner som utsendes av katoden, gjennom den første fokuseringsring på veien til anoden. En ladet annen fokuseringsring er i husorganet, mellom den første fokuseringsring og anoden, og er innrettet for å dirigere elektroner som utsendes av katoden, gjennom den annen fokuseringsring på veien til anoden. Ytterligere fokuseringsringer kan være nødvendig. Katoden er fortrinnsvis atskilt fra anoden med fire mikrometer til fem centimeter. Katoden er i en særskilt foretrukket utførelsesform atskilt fra anoden med én til tre centimeter. En laser innrettet for å treffe elektroner (dvs. tilføre en laserstråle til elektronene) er anordnet mellom katoden og anoden. Laseren treffer elektronene like før de når anoden. Laseren er innrettet for å tilveiebringe kvanteinterferens med elektronene slik at elektroner lettere kan innfanges av anoden.

Trådgitteret til katoden omfatter fortrinnsvis minst fire lag med tråder. Videre har hvert av trådlagene tråder som strekker seg i en forskjellig retning fra hvert av de andre trådlagene, idet trådgitteret til katoden dermed innbefatter tråder som strekker seg i minst fire forskjellige retninger. Denne utformingen øker i sterk grad katodens utstrålende overflate.

Foreliggende oppfinnelse kan alternativt beskrives som en termionisk elektrisk omformer med et husorgan, en katode inne i husorganet som når den oppvarmes, tjener som en elektronkilde, en anode inne i husorganet innrettet for å motta elektroner utsendt fra katoden; og en laser innrettet for å treffe elektroner mellom katoden og anoden. Laseren tilveiebringer således kvanteinterferens med elektroner slik at elektroner lettere kan innfanges av anoden. Laseren er innrettet for å treffe elektroner like før de når anoden. Laseren er innrettet for å treffe elektroner innenfor to mikrometer før de når anoden. Katoden er et trådgitter med tråder som går i minst to retninger som er transversale i forhold til hverandre. Katoden er atskilt fra anoden med fire mikrometer til fem centimeter.

Foreliggende oppfinnelse kan alternativt beskrives som en termionisk elektrisk omformer med et husorgan, en katode i husorganet som når den varmes opp, er innrettet for å tjene som en elektronkilde, og en anode inne i husorganet som er innrettet for å motta elektroner utsendt fra katoden og som fortsetter hovedsakelig langs en bevegelsesretning som bestemmer retningen fra katoden til anoden. Katoden har et plant tverrsnittsareal normalt til bevegelsesretningen, idet katoden har et elektronutsendende overflateareal for elektronutsendelse mot anoden, og det elektronutsendende overflateareal er minst 30 prosent større enn det plane tverrsnittsareal. Katoden er et trådgitter som har tråder som går i minst to retninger som er transversale i forhold til hverandre. Alternativt eller i tillegg er katoden buet i minst én retning perpendikulær til bevegelsesretningen. En laser er innrettet for å treffe elektroner mellom katoden og anoden like før de når anoden. Fortrinnsvis er det elektronutsendende overflateareal minst dobbelt så stort som det plane tverrsnittsareal. Fortrinnsvis er det elektronutsendende overflateareal minst dobbelt så stort som det plane tverrsnittsareal. Jo mindre diameteren av trå-den er, jo større er det utstrålende areal. Dette er et eksponensielt forhold.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet i detalj under henvisning til de følgende figu-rer hvor like henvisningstall betegner like elementer, og hvor: fig. 1 er et skjematisk diagram av en tidligere kjent termionisk elektrisk omformer;

fig. 2 er et skjematisk diagram av en tidligere kjent lasereksitert termionisk elektrisk omformer;

fig. 3 er et sideriss med deler i tverrsnitt og et skjematisk diagram av en termionisk elektrisk omformer i henhold til foreliggende oppfinnelse;

fig. 4 er et oppriss av en trådgitterstruktur som benyttes som katode;

fig. 5 er et sideriss av en del av trådgitterstrukturen;

fig. 6 er et sideriss av en del av en alternativ trådgitterstruktur;

fig. 7 er et skjematisk diagram sett fra siden av flere lag i en trådgitterstruktur; og

fig. 8 er et forenklet sideriss av en alternativ katodestruktur.

Fig. 1 og 2 viser tidligere kjente termioniske elektriske omformere som vist

og beskrevet i US-patent nr. 4,303,845 og 4,232,808 som begge tilhører Edwin D. Davis, oppfinner av foreliggende oppfinnelse, og disse publikasjonene inntas herved i sin helhet som referanse. Selv om virkemåten av begge termioniske omformere er detaljert beskrevet i de nevnte patenter, skal det her gis en generell oversikt under henvisning til fig. 1 og 2. Dette kan gi en nyttig bakgrunn for å forstå foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 viser en grunnleggende termionisk elektrisk omformer. Fig. 2 viser en lasereksitert termionisk omformer. Virkemåten til begge omformere er meget lik.

Det vises til figurene hvor en grunnleggende termionisk elektrisk omformer 10 er vist. Omformeren 10 har et langstrakt, sylinderformet ytre hus 12 utstyrt med et par endevegger 14 og 16, og danner dermed et lukket kammer 18. Huset 12 er laget av ett av et antall kjente sterke, elektrisk ikke-ledende materialer, slik som f.eks. høytemperaturbestandig plast eller keramikk, mens endeveggene 14,16 er metallplater for tilkopling av elektriske forbindelser. Elementene er mekanisk forbundet med hverandre og hermetisk forseglet slik at kammeret 18 kan understøtte et vakuum, og et moderat høyt elektrisk potensiale kan påtrykkes og oppretthol-des over endeveggene 14 og 16.

Den første endeveggen 14 inneholder et formet katodeområde 20 med et elektronutsendende belegg (ikke vist) anbrakt på den indre overflate, mens den annen endevegg 16 er utformet som en sirkulær, svakt konveks overflate som først er montert i en isolerende ring 28 for å danne en sammenstilling, og alt blir så tilpasset huset 12. Under bruk virker endeveggene 14 og 16 henholdsvis som katodeterminal og samleanode for omformeren 10. Mellom disse to veggene vil det flyte en elektronstrøm 22 hovedsakelig langs det sylindriske kammerets 18 symmetriakse, som kommer fra katodeområdet 20 og slutter ved samle-

anoden 16.

Et ringformet fokuseringselement 24 er konsentrisk anbrakt inne i kammeret 18 ved en posisjon i nærheten av katoden 20. En ledeplate 26 er konsentrisk anbrakt inne i kammeret 18 ved en posisjon i nærheten av samleanoden 16.

Anbrakt mellom disse to elementene er en induksjonsanordning 28 sam-mensatt av en skruelinjet induksjonsspole 30 og en langstrakt, ringformet magnet 32. Spolen 30 og magneten 32 er konsentrisk anbrakt inne i og opptar det midtre området av kammeret 18. Det vises kort til det skjematiske enderiss som er vist på fig. 2, hvor den relative radiale anbringelse av de forskjellige elementene og sam-menstillinger kan ses. For tydelighets skyld er de mekaniske holdeanordninger for disse indre anbrakte elementer ikke vist på noen av figurene. Fokuseringselementet 24 er elektrisk tilkoplet ved hjelp av en ledning 34 og en hermetisk forseglet gjennomføring 36 til en ekstern kilde for statisk potensial (ikke vist). Induksjonsspolen 30 er likeledes forbundet via et par ledninger 38 og 40 og et par gjennom-føringer 42 og 44 tit et eksternt belastningselement som ganske enkelt er vist som en resistor eller motstand 46.

De potensialer som påtrykkes de forskjellige elementer, er ikke vist ekspli-sitt eller blir diskutert i detalj, ettersom de utgjør velkjente og konvensjonelle an-ordninger for realisering av beslektede elektronstrømanordninger. Hvis katodeområdet 20 kort betraktes (på konvensjonell måte) som et spenningsreferansenivå, blir en høy, positiv statisk ladning påtrykket samleanoden 16 og den eksterne krets som inneholder denne spenningskilden er komplettert ved tilkopling av dens negative side til katoden 20. Denne påtrykte, høye positive statiske ladning forårsaker at elektronstrømmen 22 som oppstår ved katodeområdet 20, blir akselerert mot samleanoden 16 med en størrelse som er direkte avhengig av størrelsen av den høye, påtrykte statiske ladning. Elektronene treffer samleanoden 16 med en hastighet som er tilstrekkelig til å forårsake en viss rikosjettmengde. Ledeelemen-tet 26 er utformet og posisjonert for å hindre disse rikosjettelektronene fra å nå omformerens hovedseksjon, og elektriske forbindelser (ikke vist) er tilordnet denne etter behov. En negativ spenning ved lavt til moderat nivå blir påtrykket fokuseringselementet 24 for å fokusere elektronstrømmen 22 til en smal stråle. Under drift blir en varmekilde 48 (som kan være utledet fra diverse kilder slik som for-brenning av fossilt brensel, solanordninger, atomanordninger, atomavfall eller var-mevekslere fra eksisterende atomoperasjoner) brukt til å varme opp det elektronutsendende belegget på katoden 20, for derved å koke bort elektronmengder. De frigjorte elektroner blir fokusert til en smal stråle av fokuseringselementet 24, og blir akselerert mot samleanoden 16. Ved gjennomløping av induksjonssammen-stillingen 28 kommer elektronene under innvirkning av det magnetfelt som frem-bringes av magneten 32 og utfører en interaktiv bevegelse som får en EM F til å bli indusert i induksjonsspolens 30 viklinger. Denne induserte EMF er i virkeligheten summen av et stort antall enkeltelektroner som utfører små, sirkulære strømsløy-fer for derved å frembringe et tilsvarende stort antall bittesmå elektromotoriske krefter i hver vikling i spolen 30. Tatt som en helhet er utgangsspenningen til omformeren proporsjonal med hastigheten av de elektroner som er underveis, og utgangsstrømmen er avhengig av størrelsen og temperaturen til elektronkilden. Mekanismene for den indusert EMF kan forklares ved hjelp av Lorentz-kraften som virker på et elektron med en innledende lineær hastighet når den kommer inn i et hovedsakelig uniformt magnetfelt rettet ortogonalt på elektronhastigheten. I en riktig utformet innretning blir resultatet en spiralformet elektronbane (ikke vist) som frembringer den ønskede netto hastighetsendring av fluksen som kreves av

Faraday's lov for å frembringe en indusert EMF.

Denne spiralformede elektronbanen er et resultat av en kombinasjon av

den lineære, translatoriske bane (langsgående) som skyldes akselerasjonsvirknin-gen til samleanoden 16, og en sirkulær bane (transversal) som skyldes vekselvirk-ningen mellom den innledende elektronhastighet og det transversale magnetfeltet til magneten 32. Avhengig av den relative størrelse av den høyspenning som påtrykkes samleanoden 16 og styrken og orienteringen av det magnetfelt som frem-bringes av magneten 32, kan andre mekanismer for frembringelse av en spenning direkte i induksjonsspolen 30 være mulig. Den mekanisme som er skissert ovenfor, er bare antydet som en illustrasjon og er ikke å betrakte som den eneste til-gjengelige virkemåte. Alle mekanismer vil imidlertid være resultat av forskjellige kombinasjoner av de anvendbare Lorentz- og Faraday-betraktninger.

Hovedforskjellen mellom den grunnleggende omformeren som er vist i US-patent nr. 4,303,845 og den lasereksiterte omformeren som er vist i US-patent nr. 4,323,808, er at den lasereksiterte omformeren samler elektroner som er kokt bort fra overflaten av katoden på et gitter 176 som har et lite, påtrykt negativt potensiale ved hjelp av en negativ potensialkilde 178 gjennom en ledning 180, som fan-ger inn elektronstrømmen og elektronmassen. Det elektriske potensial som påtrykkes gitteret blir fjernet, mens gitteret samtidig blir eksponert for en laserpulsut-ladning fra laseranordningen 170,173,174,20 som forårsaker frigjøring av en sverm med elektroner 22. Elektronsvermen 22 blir så elektrisk fokusert og rettet gjennom det indre av luftkjerne-induksjonsspolene som er anbrakt inne i et transversalt magnetfelt, for derved å generere en EMF i induksjonsspolen som blir påtrykket en ekstern krets for å utføre arbeid, som angitt ovenfor i forbindelse med den grunnleggende termioniske omformer.

Som beskrevet i oppfinnerens tidligere US-patentsøknad 5,459,367 finnes det mange ulemper som vanligvis er forbundet med å ha et samleelement som ganske enkelt er laget av en ledende metallplate. Samleelementet i den konstruk-sjonen innbefatter derfor et ledende lag av koppersulfatgel impregnert med kop-perullfibre. Foreliggende oppfinnelse kan bruke en slik anode. Foreliggende oppfinnelse kan imidlertid også benytte en ledende metallplate-anode ettersom andre aspekter ved foreliggende oppfinnelse vil minimalisere eller fjerne noen av ulemp-ene som en slik plateanode ellers kunne forårsake. Den spesielle utforming av anoden er derfor ikke sentral når det gjelder den foretrukne utforming av foreliggende oppfinnelse.

Det vises nå til fig. 3 hvor en termionisk elektrisk omformer 200 i henhold til foreliggende oppfinnelse innbefatter et husorgan 202 i hvilket et vakuum vil bli opprettholdt ved hjelp av vakuumapparatur (ikke vist) på kjent måte. Husorganet 202 er fortrinnsvis sylindrisk omkring en sentral akse 202A som tjener som en symmetriakse for organet 202 og komponentene i dette, bortsett fra der hvor annet er nevnt.

Kollekteren 204 kan innbefatte en flat anode i form av en sirkulær plate 206 (laget av f.eks. kopper) omgitt av en statisk ladet ring 208 (ladet til f.eks.

1000 Coulomb) som er utstyrt med konsentriske, isolerende ringer 210. Ringen 208 og ringene 210 kan være konstruert og drevet som diskutert i US-patent 5,459,367. Et kjøleorgan 212 er termisk forbundet med platen 206 slik at kjølemid-del fra en kjølekilde 214 blir sirkulert gjennom denne ved hjelp av en kjølekrets 216. Kjøleorganet 212 holder anodeplaten på en ønsket temperatur. Kjøleorganet 212 kan alternativt være det samme som anodeplaten 206 (med andre ord vil kjø-lemiddel sirkulere gjennom platen 206). Et tilbakekoplingsarrangement (ikke vist) som benytter én eller flere sensorer (ikke vist) kan benyttes til å stabilisere anod-ens 206 temperatur.

Katodeanordningen 218 ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en katode 220 oppvarmet av en varmekilde slik at den sender ut elektroner som hovedsakelig beveger seg langs bevegelsesretningen 202A mot anoden 206. (Som i US-patent 5,459,367 hjelper den ladede ringen 208 til å tiltrekke elektronene til anoden.) Selv om varmekilden er vist som en kilde 222 for varmefluid (væske eller gass) som strømmer til varmeorganet 224 (som er termisk koplet til katoden 220) via en varmekrets 226, kan alternative energikilder slik som en laser påført katoden 224, benyttes. Energiinnmatingen til kilden 222 kan være solar-, laser-, mikrobølge- eller radioaktive materialer. Videre kan brukt kjernebrensel som ellers bare blir lagret til store omkostninger og uten å gjøre noen nytte, benyttes for å tilveiebringe varmen til kilden 222.

Elektroner som er energisert til Fermi-nivået i katoden 220, unnslipper fra dennes overflate og, ettersom den tiltrekkes av den statisk ladede ring 208, for-planter seg langs bevegelsesretningen 202A gjennom første og andre fokuseringsringer eller sylindere 228 og 230, som kan være konstruert og drives på tilsvarende måte som fokuseringselementer 24 i det tidligere kjente arrangement som er diskutert ovenfor. For å hjelpe elektronene til å bevege seg i riktig retning, kan en skjerm 232 omgi katoden 224. Skjermen 232 kan være sylindrisk eller konisk, eller som vist, omfatte et sylindrisk parti nærmest katoden 224 og et konisk parti lenger fra katoden 224.1 alle fall har skjermen en tendens til å holde elek-tronbevegelsen i retningen 202A. Elektronene vil ha en tendens til å bli frastøtt fra skjermen 232 siden skjermen vil ha en forholdsvis høy temperatur (siden den be-finner seg nær katoden 220 som har en forholdsvis høy temperatur). Alternativt eller i tillegg til å bli frastøtt av skjermens høye temperatur, kan skjermen 232 ha en negativ påtrykt ladning. I sistnevnte tilfelle kan isolasjon (ikke vist) være benyt-tet mellom skjermen 232 og katoden 220.

Den elektriske energi som produseres og som svarer til elektronstrømmen fra katoden 220 til anoden 206 blir levert via en katodeledning 234 og en anode-ledning 236 til en ekstern krets 238.

Når man ser bort fra omformerens 200 totale virkemåte til spesielle fordel-aktige aspekter ved denne, har elektroner slik som elektron 240, en tendens til å ha et høyt energinivå når de nærmer seg anoden 206. Den vanlige tendens vil derfor være at noen av dem preller av fra overflaten og ikke innfanges av anoden. Dette resulterer normalt i elektronspredning og minsker omformingseffektiviteten til en omformer. For å unngå eller sterk redusere denne tendensen benytter foreliggende oppfinnelse en laser 242 som treffer elektronene (f.eks. treffer dem med en laserstråle 244) like før de treffer anoden 206. Kvanteinterferensen mellom fot-onene i laserstrålen 244 og elektronene 240 minsker elektronenes energitilstand slik at de lettere kan innfanges av overflaten til anoden 206.

Som man vil forstå av den duale bølge/partikkel-teorien i fysikken, kan de elektroner som treffes av laserstrålen oppvise egenskaper som bølger og/eller partikler. (Formålet med kravene i foreliggende oppfinnelse er selvsagt ikke be-grenset til noen spesiell teori for virkemåten med mindre og bortsett fra når et krav direkte viser til en slik teori for virkemåten, slik som kvanteinterferens.)

Når det her sies at laseren 242 treffer elektronene med strålen 244 «like før» elektronene når anoden 206, betyr det her at de elektroner som er blitt truffet, ikke passerer gjennom noen andre komponenter (slik som et fokuseringsorgan) når de fortsetter til anoden 206. Mer spesielt blir elektronene fortrinnsvis truffet innenfor 2 mikrometer før de når anoden 206. Enda mer nøyaktig blir elektronene truffet av laseren 1 mikrometer før de når anoden 206 avstanden. Avstanden fra det annet fokuseringselement 230 til anoden 206 kan i virkeligheten være 1 mikrometer og laseren kan treffe elektroner nærmere anoden 206. På den måten (dvs. ved å treffe elektronene like før de når anoden), blir elektronenes energi redusert ved et punkt hvor redusert energi er mest riktig og nyttig.

Selv om husorganet 202 kan være opakt, slik som et metallorgan, er et las-ervindu 246 laget av transparent materiale slik at laserstrålen 244 kan forplante seg fra laseren 242 inn i kammeret inne i organet 202. Alternativt kan laseren 242 være anbrakt inne i kammeret.

I tillegg til å forbedre omformingseffektiviteten ved å benytte laseren 242 til å redusere elektronenes energinivå like før de når anoden 206, er katoden 220 ifølge foreliggende oppfinnelse spesielt utformet for å forbedre effektiviteten ved å øke det elektronutsendende arealet til katoden 220.

Det vises til fig. 4 hvor katoden 220 er vist som et sirkulært trådgitter 248. Tråder 250 i et øvre eller første lag av parallelle tråder strekker seg i retning 252, mens tråder 254 i et annet lag med parallelle tråder strekker seg i retning 256, transversalt på retningen 252 og fortrinnsvis perpendikulært til retningen 252. Et tredje lag med parallelle tråder (bare én tråd 258 er vist som en illustrasjon) strekker seg i retning 260 (45 grader fra retningene 252 og 256). Et fjerde lag med parallelle tråder (bare én tråd 262 er vist) strekker seg retningen 264 (90 grader fra retning 260).

Det skal også bemerkes at figur 4 viser trådene med forholdsvis store innbyrdes avstander, men dette er også for å lette illustrasjonen. Fortrinnsvis er trådene fint ekstruderte tråder og den innbyrdes avstand mellom parallelle tråder i samme lag vil være lik diameteren av trådene. Fortrinnsvis har trådene diametere på 2 mm eller mindre til fin filamentstørrelse. Trådene kan være wolfram eller andre metaller som benyttes i katoder.

Det vises til fig. 5 hvor trådene 250 og 254 kan være forskjøvet fra hverandre med alle tråder 250 (bare én er vist på fig. 5) anbrakt i et felles plan forskjøvet fra et annet felles plan hvor alle trådene 254 er anbrakt. Et alternativt arrangement som er vist på fig. 6, har tråder 250' (bare én synlig) og 254' som er innvevd i hverandre som i et tekstilmateriale.

Det vises til fig. 7 hvor en alternativ katode 220' kan ha tre partier 266, 268 og 270. Hvert av partiene 266, 268 og 270 kan ha to perpendikulære trådlag (ikke vist på fig. 7) slik som 250 og 254 (eller 250' og 254'). Partiet 266 vil ha tråder som går i betraktningsplanet på fig. 7 og tråder parallelle med planet på fig. 7. Partiet 268 har to trådlag som hver har tråder som strekker seg i en retning 30 grader fra én av retningene til trådene i partiet 266. Partiet 270 har to trådlag der hvert lag har tråder som strekker seg i en retning 60 grader fra én av retningene til trådene for partiet 266.

Man vil forstå at fig. 7 er illustrerende for det punkt at flere lag med tråder som strekker seg i forskjellige retninger, kan benyttes.

De forskjellige trådgitterstrukturer for katoden øker det effektive overflateareal for elektronutsendelse på grunn av trådenes form og deres mange lag. En alternativ måte til økning av overflatearealet, er vist på fig. 8. Fig. 8 viser et sideriss i tverrsnitt av en parabolformet katode 280 innrettet for å utsende elektroner for bevegelse hovedsakelig langs bevegelsesretningen 220A'. Katoden 280 har et plant tverrsnittsareal A normalt på bevegelsesretningen 202A. Spesielt har katoden 280 et overflateareal EA for elektronutsendelse (på grunn av katodens krum-ning) for å sende elektroner mot anoden, som er minst 30 prosent større enn det plane tverrsnittsareal A. En større elektrontetthet blir dermed generert for en gitt trådkatode. Selv om katoden 280 er vist som en parabol, kan det benyttes andre buede overflater. Katoden 280 kan være laget av et massivt organ eller kan også innbefatte flere lag med trådgitterstrukturer som beskrevet for fig. 4-7, bortsett fra at hvert lag vil være buet og ikke plant.

Selv om det buede katodearrangementet som er vist på fig. 8, gir et elektronutsendende overflateareal EA som er minst 30 grader større enn tverrsnittsarealet A, gir de forskjellige trådgitterarrangementer, slik som på fig. 4, et elektronutsendende overflateareal som er minst det dobbelte av tverrsnittsarealet (dvs. definert som vist for fig. 8). Det elektronutsendende overflateareal i gitterarrange-mentene bør i virkeligheten være minst ti ganger tverrsnittsarealet.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å la katoden 220 og anoden 206 å være forskjøvet fra hverandre med fra 4 mikrometer til 5 cm. Mer spesielt vil forskyvnings- eller atskillelsesavstanden være fra 1 til 3 cm. Katoden og anoden er derfor tilstrekkelig langt fra hverandre til at varme fra katoden i mindre grad vil bli transportert til anoden enn i arrangementer hvor katoden og anoden må befinne seg nær hverandre. Kjølemiddelkilden 214 kan derfor være et arrangement med forholdsvis lavt kjølemiddelbehov siden mindre kjøling er nødvendig enn i mange tidligere kjente konstruksjoner.

Claims (5)

1. Termionisk elektrisk omformer som omfatter et husorgan (202); en katode (220) inne i husorganet som er innrettet for, når den varmes opp, til å tjene som en kilde for elektroner; og en anode (206) inne i husorganet som er innrettet for å motta elektroner utsendt fra katoden, karakterisert vedat en laser (242) er innrettet for å treffe elektroner mellom katoden og anoden for derved å tilveiebringe kvanteinterferens med elektronene slik at elektroner lettere blir innfanget av anoden.

2. Omformer ifølge krav 1, karakterisert vedat laseren (242) er innrettet for å treffe elektroner like før de når anoden (206).

3. Omformer ifølge krav 2, karakterisert vedat laseren (242) er innrettet for å treffe elektroner innenfor to mikrometer før de når anoden (206).

4. Omformer ifølge krav 3, karakterisert vedat katoden (220) er et trådgitter med tråder som går i minst to retninger som er transversale i forhold til hverandre.

5. Omformer ifølge krav 4, karakterisert vedat den innbyrdes avstand mellom katoden (220) og anoden (206) er fra 4 mikrometer til 5 cm.