SU1737559A1 - Secondary emission type radioisotope current source - Google Patents
Secondary emission type radioisotope current source Download PDFInfo
- Publication number
- SU1737559A1 SU1737559A1 SU894769492A SU4769492A SU1737559A1 SU 1737559 A1 SU1737559 A1 SU 1737559A1 SU 894769492 A SU894769492 A SU 894769492A SU 4769492 A SU4769492 A SU 4769492A SU 1737559 A1 SU1737559 A1 SU 1737559A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- isotope
- current source
- secondary emission
- metals
- radioisotope
- Prior art date
Links
Abstract
Сущность изобретени : каждый из эмиттеров источника тока выполнен в виде электрически изолированных вакуумными промежутками последовательно чередующихс слоев двух различных металлов, коэффициенты вторичной ион-электронной эмиссии , которые различаютс больше, чем на значение J/N, где J1 - среднее значение коэффициента вторичной эмиссии двух металловJ N - число пар слоев металлов эмиттера. 2 ил., 1 табл.Summary of the Invention: Each of the emitters of a current source is made in the form of alternating layers of two different metals electrically isolated by vacuum gaps, the secondary ion-electron emission coefficients that differ by more than the J / N value, where J1 is the average value of the secondary emission coefficient of the two metals N is the number of pairs of layers of metals of the emitter. 2 ill., 1 tab.
Description
Изобретение относитс к устройствам , использующим вторичную электронную эмиссию, индуцированную потоком зар женных частиц, получаемых радиоизотопом, и может быть применено в качестве автономного источника электропитани различных электронных .схем.The invention relates to devices using secondary electron emission induced by a stream of charged particles produced by a radioisotope, and can be used as an autonomous source of power for various electronic circuits.
Известен термоэмиссионный преобразователь , содержащий цилиндрический катод и окружающий его коллектор . Катод состоит из концевых камер с Дел щимс веществом, соединенных прокладками с цилиндрической оболочкой .Known thermionic Converter containing a cylindrical cathode and the surrounding collector. The cathode consists of end chambers with a substance, connected by gaskets with a cylindrical shell.
Недостатком указанного устройства вл етс низка энергоэффективность, которую количественно можно характеризовать коэффициентом полезного действи (КПД), определ емым как отношение энергии, уносимой в виде элек- .трического тока, к энергии, затраченной на нагрев полупроводникового кристалла . Кроме того, необходимость поддержани внутри высоких температур, необходимых дл работы устройства, создает дополнительные трудности при эксплуатации его в экстремальных услови х .The disadvantage of this device is low energy efficiency, which can be quantitatively characterized by a coefficient of useful action (efficiency), defined as the ratio of the energy carried in the form of an electric current to the energy expended on heating a semiconductor crystal. In addition, the need to maintain the high temperatures necessary for the operation of the device inside creates additional difficulties in operating it under extreme conditions.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс радиоизотопный источник, который состоит из сло изотопа и эмиттера, представл ющего собой металлический слой толщиной не более длины пробега зар женной частицы , излучаемой изотопом в металле, из которого изготовлен эмиттер.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a radioisotope source, which consists of an isotope layer and an emitter, which is a metal layer no thicker than the length of the charged particle emitted by the isotope in the metal from which the emitter is made.
Вторичные электроды образуютс вдоль всего пути зар женной частицы в металле, а эмиттируетс лишь незначителна часть из тонкого приповерхностного сло , равного по толщине длине пробега электронов в металле, что приводит к невысоким значени м токов вторичных электронов .Secondary electrodes are formed along the entire path of a charged particle in a metal, and only a small part is emitted from a thin surface layer equal in thickness to the mean free path of electrons in the metal, which leads to low currents of secondary electrons.
(Л(L
соwith
СП СЛJV SL
СОWITH
317317
Целью изобретени вл етс повышение энергетической эффективности преобразовани энергии дерного излучени в электрическую путем уве- личени тока вторичных электронов. На фиг. 1 изображена схема вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока; на фиг. 2 - бинарна чейка источника тока.The aim of the invention is to increase the energy efficiency of converting nuclear radiation energy into electrical energy by increasing the current of secondary electrons. FIG. 1 shows a diagram of a secondary emission radioisotope current source; in fig. 2 - binary cell current source.
Вторично-эмиссионный радиоизотопный источник тока содержит (фиг.1), вакуумированный корпус 1, в котором размещаетс тонкий слой изотопа 2The secondary emission radioisotope current source contains (Fig. 1) an evacuated body 1 in which a thin layer of isotope 2 is placed
толщиной сЦ, не превышающей длины пробега зар женной частицы в изото- топе. Така толщина сло изотопа выбираетс дл уменьшени потерь частиц, излучаемых дел щимис драми из изотопного материала. С обеих сторон сло изотопа располагаетс эмиттер, состо щий из чередующихс слоев двух металлов 3 и k с различными коэффициентами вторичной эмиссии у . Сумма толщин металлических слоев с каждой стороны изотопа не должна превышать длины пробега излучаемой изотопом зар женной частицы в металле Рщ. Сло изолированы друг от друга вакуумными промежутками, толщина которых должна обеспечивать электрическую изол цию между металлическими сло ми. Кроме того величина вакуумного промежутки ре должна превышать длины свободного пробега электронов в остаточном газе дл того, чтобы не было потерь вторичных электронов. Слои эмиттера, изготовленные из металла с большим У3 соединены между собой и образуют положительный вывод источника тока, а слои эмиттера, изготовленные из металла с меньшим )r,, соединены между собой изотопом и образуют отрицательный вывод.thickness SC, not exceeding the path length of the charged particle in the isotope. Such an isotope layer thickness is selected to reduce the loss of particles emitted by dividing the isotopic material. On both sides of the isotope layer there is an emitter consisting of alternating layers of two metals 3 and k with different secondary emission factors y. The sum of the thicknesses of the metal layers on each side of the isotope must not exceed the mean free path of the charged particle emitted by the isotope in the metal Rsch. The layer is insulated from each other by vacuum gaps, the thickness of which should provide electrical insulation between the metal layers. In addition, the vacuum gap pe must exceed the mean free path of electrons in the residual gas in order to avoid loss of secondary electrons. The emitter layers made of metal with a large V3 are interconnected and form a positive terminal of the current source, and the emitter layers made of metal with a smaller) r ,, are interconnected by an isotope and form a negative terminal.
Рассмотрим работу бинарной чейки эмиттера (фиг.2), состо щей из одной пары тонких слоев двух различных металлов , облучаемых ионами, излучаемыми изотопом. При прохождении ионаConsider the operation of a binary cell emitter (Fig. 2), consisting of one pair of thin layers of two different metals, irradiated by ions emitted by the isotope. With the passage of the ion
Дл создани вторично-эмиссионног радиоизотопного источника необходимо знать требуемую электрическую мо ность и необходимый срок службы. ЭлTo create a secondary emission radioisotope source, it is necessary to know the required electrical power and the required service life. El
сквозь оба сло вторична электрон- трическа мощность, снимаема с выНЗЯ ЭМИССИЯ ПРОИСХОДИТ С Обеих ПОВерХ- 3U вшюв такого оапиои отпт..пгг, игт™ностей каждого сло . Рассмотрим поверхности , обращенные друг к другу. Дл определенности будем считать, что слой 3 изготовлен из металла с боль55through both layers of secondary electronic power, the power is removed from the run. EMISSION IS HAPPENING FROM BOTH SURF-3U into such an opioi otpt .. PGG, Igm ™ of each layer. Consider the surface facing each other. For definiteness, we assume that layer 3 is made of metal with a thickness of 55
водов такого радиоизотопкого источника тока, пропорциональна площади сло изотопа. Дл получени электри ческой мощности Р необходима следую ща площадь S сло радиоактивного изотопа толщиной dR:The water of such a radioisotope power source is proportional to the area of the isotope layer. To obtain the electric power P, the following area S of the radioactive isotope layer of thickness dR is required:
шим коэффициентом вторичной эмиссии, а слой k - .из металла с меньшим J. Коэффициент вторичной эмиссии, определ емые какthe secondary emission coefficient, and the layer k is of the metal with a smaller J. The secondary emission coefficient, defined as
Г KVN;Mr KVN;
5five
5five
00
5five
SS
где Ng - количество электронов вторичной эмиссии, выбитых из металла NJ ионами, и измеренные в р де экспериментальных исследований оказались существенно различающимис дл различных металлов. Тогда при пролете зар женной частицы через эту бинарную чейку из сло металла 3 будет выбито у электронов, а из сло - Г4- электронов.where Ng is the number of secondary emission electrons knocked out of the metal by NJ ions, and measured in a number of experimental studies turned out to be significantly different for different metals. Then, when a charged particle passes through this binary cell, it will be knocked out of the layer of metal 3 from the electrons, and from the layer of G4 - electrons.
Практически все выбитые ионом вторичные электроны при отсутствии в пространстве между сло ми электромагнитных полей достигнут противоположной пластины. Вследствие этого на слое металла 3 образуетс недостаток зар дов, а на слое - их избыток, равный jj1 К л. -электронов. При подключении бинарной чейки к нагрузке в цепи потечет электрический ток. Коэффициент преобразовани энергии одной пары пластин Ј, можно записать в видеAlmost all secondary electrons knocked out by the ion will reach the opposite plate in the absence of electromagnetic fields in the space between the layers of the electromagnetic fields. As a result, on the metal layer 3, there is a lack of charge, and on the layer, their excess equal to jj1 K l. -electrons. When a binary cell is connected to a load, an electric current will flow in the circuit. The energy conversion coefficient of one pair of plates Ј can be written as
I - (JA XiiЈ°.I - (JA XiiЈ °.
с &0(.with & 0 (.
средн энерги электронов эмиссии;average electron emission energy;
энерги зар женной частицы (иона). Набрав N таких бинарных чеек, energy of the charged particle (ion). Typing N such binary cells,
где N Rnp/d , +v 2.(d, d2 - толщины металлических слоев), увеличим коэффициент преобразовани в 2N раз, увеличив, следовательно, ток вторичных электронов. Коэффициент 2N показывает , что эмисси происходит с Q обеих поверхностей каждого металлического сло . Коэффициент полезного действи такого устройства можно записать в видеwhere N Rnp / d, + v 2. (d, d2 are the thicknesses of the metal layers), we will increase the conversion factor by 2 N, increasing, therefore, the current of the secondary electrons. The 2N coefficient indicates that emission occurs from the Q of both surfaces of each metal layer. The efficiency of such a device can be written as
и 2(i3 )NЈoand 2 (i3) NЈo
i - --Б;Г - i - --B; G -
Дл создани вторично-эмиссионного радиоизотопного источника необходимо знать требуемую электрическую мощность и необходимый срок службы. ЭлекгдеTo create a secondary emission radioisotope source, it is necessary to know the required electrical power and the required service life. Elekde
Ј0трическа мощность, снимаема с вывшюв такого оапиои отпт..пгг, игт™Т0tricheskoe power, removeable from vyvsyuv such oopioi otpt .. PGG, IgT ™
водов такого радиоизотопкого источника тока, пропорциональна площади сло изотопа. Дл получени электрической мощности Р необходима следующа площадь S сло радиоактивного изотопа толщиной dR:The water of such a radioisotope power source is proportional to the area of the isotope layer. To obtain electrical power P, the following area S of the radioactive isotope layer with a thickness of dR is required:
РR
(jf9-)3,7 10co(jf9-) 3.7 10co
S S
5 15 1
где 9Ј0 - удельна активность 1 см изотопа в Ки/см5.where 9Ј0 is the specific activity of 1 cm of the isotope in Ci / cm5.
Выбор изотопа определ етс необходимым временем эксплуатации. Кроме того, изотоп должен излучать р -частицы, остальные типы излучени (И, V ) должны быть пренебрежимо малы, либо отсутствовать полностью . Дл создани вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока со сроком службы около года могут быть использованы, например, следующие изотопы: калифорний-2 8, кюрий-2 2.The isotope selection is determined by the required lifetime. In addition, the isotope must emit p particles, the other types of radiation (And, V) should be negligible or completely absent. The following isotopes can be used, for example, to create a secondary emission radioisotope current source with a life span of about a year: Californium-2 8, Curie-2 2.
В качестве материалов дл изго- товлени- слоев с большим и малым J из исследованных материалов наиболее пригодны бериллий и медь, имеющие следующие коэффициенты вторичной эмиссии при облучении оЈ-частицами:Beryllium and copper are most suitable as materials for the fabrication of layers with large and small J among the materials studied, having the following secondary emission factors when irradiated with Ј-particles:
У Be 30; fcu 55- в этих метал- лах длина пробега оЈ-частиц с энергией 5-6 МэВ составл ет около 23 мкм, а средн энерги электронов вторичной эмиссии - около 15 В. Дл предотвращени потерь электронов в промежутке между сло ми металла давление остаточных газов должно быть не хуже 10 Торр. При этом давлении толщина вакуумного промежутка , котора пор дка толщины металлического сло , будет значительно меньше длины свободного пробега электронов в остаточном газе.Be 30; fcu 55- in these metals, the mean free path of oЈ-particles with an energy of 5-6 MeV is about 23 microns, and the average energy of the secondary emission electrons is about 15 V. To prevent electrons from being lost between the metal layers, the residual gas pressure should be no worse than 10 Torr. At this pressure, the thickness of the vacuum gap, which is of the order of the thickness of the metal layer, will be significantly less than the mean free path of electrons in the residual gas.
Технические характеристики источников тока с радиоактивным изотопом кюрием-2 2 и с эмиттером,изготовленным из берилли и меди, приведены в таблице.The technical characteristics of current sources with a radioactive isotope Curium-2 2 and with an emitter made of beryllium and copper are listed in the table.
При работе вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока часть энергии излучени радиоактивного изотопа расходуетс на нагрев устройства . При отводе тепла от устройства только за счет лучистого теплопере- носа через боковую поверхность стационарна температура определ етс выражениемDuring the operation of a secondary emission radioisotope current source, part of the radiation energy of a radioactive isotope is spent on heating the device. When heat is removed from the device only due to radiant heat transfer through the lateral surface, the stationary temperature is determined by
4 о 4 o
3755937559
где S Ј - площадь боковой поверхности устройства;where S Ј is the side surface area of the device;
ОТ 5,6 КГ эрг/см2 градус - посто нна Стефана-Больц- мана IFROM 5.6 KG erg / cm2 degree - constant Stefan-Boltzmann I
R -.коэффициент серости , Т0 - температура РКельвинах. Если этот источник скомпоновать JQ в куб со стороной 1 м, то за счет только потерь избыточного тепла пу- тем излучени температура источника тока будет не выше 300°С, а при прин тии специальных мер по увеличению 15 излучающей поверхности - значительно ниже.R is the coefficient of grayness, T0 is the temperature of the Rökelvin. If this source is combined into a cube with a side of 1 m, then due to only the loss of excess heat by radiation, the temperature of the current source will be no higher than 300 ° C, and when special measures are taken to increase 15 the radiating surface, it is much lower.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство поз- «юл ет повысить энергетическую эф- 20 фективность преобразовани за счет увеличени тока вторичных электронов, Предлагаемые радиоизотопные источники тока исключают необходимость создани высокой рабочей температуры и 25 обладают высокой радиационной стойкостью .Thus, in comparison with the prototype, the proposed device allows to increase the energy efficiency of conversion by increasing the current of secondary electrons. The proposed radioisotope current sources eliminate the need to create a high operating temperature and 25 have high radiation resistance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894769492A SU1737559A1 (en) | 1989-12-19 | 1989-12-19 | Secondary emission type radioisotope current source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894769492A SU1737559A1 (en) | 1989-12-19 | 1989-12-19 | Secondary emission type radioisotope current source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1737559A1 true SU1737559A1 (en) | 1992-05-30 |
Family
ID=21484828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894769492A SU1737559A1 (en) | 1989-12-19 | 1989-12-19 | Secondary emission type radioisotope current source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1737559A1 (en) |
-
1989
- 1989-12-19 SU SU894769492A patent/SU1737559A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент FR № 2139938, кл. Н 01 J 45/00, 1971. Авторское свидетельство СССР № 882354, кл. Н 01 J 45/00, 1981. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3173032A (en) | Means for close placement of electrode plates in a thermionic converter | |
US6118204A (en) | Layered metal foil semiconductor power device | |
EP0054621B1 (en) | High temperature ion beam source | |
CN107123692B (en) | Conversion of high energy photons to electricity | |
US5087533A (en) | Contact potential difference cell | |
US5942834A (en) | Thermionic electric converters | |
US3668065A (en) | Apparatus for the conversion of high temperature plasma energy into electrical energy | |
US4584473A (en) | Beam direct converter | |
US8975801B2 (en) | Thermionic solar converter | |
US3939366A (en) | Method of converting radioactive energy to electric energy and device for performing the same | |
US3713967A (en) | Energetic neutral particle injection system for controlled fusion reactor | |
GB968392A (en) | ||
US3194989A (en) | Thermionic power conversion devices | |
Wong et al. | Surface magnetic confinement | |
US5861701A (en) | Charged-particle powered battery | |
US3026439A (en) | Solar energy converters | |
ATE26504T1 (en) | FLAT ELECTRON BEAM TUBE USING A GAS DISCHARGE AS SOURCE OF ELECTRONS. | |
SU1737559A1 (en) | Secondary emission type radioisotope current source | |
Okumura et al. | Quasi–dc extraction of 70 keV, 5 A ion beam | |
Gill et al. | A new FEBIAD-type ion source for use at the reactor-based ISOL facility TRISTAN | |
US3477878A (en) | Device for the direct conversion of thermal dynamic free energy in fuel gases to electrical energy | |
RU2050625C1 (en) | Secondary-emission radio-isotope current supply | |
US3179822A (en) | Thermionic energy converters | |
US3299299A (en) | Apparatus for generating electrical energy by the application of heat | |
Gyftopoulos et al. | Thermionic nuclear reactors |