Бестопливные генераторы электрической энергии



Скачать 39.21 Kb.
Дата01.08.2016
Размер39.21 Kb.

БЕСТОПЛИВНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ


НА «СВОБОДНЫХ» ЭЛЕКТРОНАХ
Тер-Маркарян А.А., 2010,

Россия, Москва,

e-mail: ternewenergy@mail.ru
Кратко рассматриваются общие принципы построения бестопливных генераторов

электрической энергии, в которых генерация электрической энергии происходит за счет

стороннего источника - «свободных» электронов вещества, эмитируемых в режиме

автоэлектронной (полевой) эмиссии.


Среди эмиссионных явлений автоэлектронная эмиссия занимает особое место вследствие

того, что она обладает уникальным свойством – акт выхода электрона из катода-эмиттера не

требует затрат энергии. Открытие автоэлектронной эмиссии [1] привело к появлению новой

области электроники – вакуумной микроэлектроники, где автоэмиссия нашла серъезные практические применения [2]. В первую очередь, здесь нужно выделить создание сканирующего туннельного микроскопа атомного разрешения, а также создание на основе многоострийных автокатодов нового класса дисплеев. Открытие углеродных нанотрубок дало за последнее десятилетие дополнительный толчок к расширению сферы практического применения автоэмиссии в приборах с автокатодами – таких, как плоские экраны дисплеев, источники рентгеновсого излучения, люминисцентные источники света, отличающихся от традиционных аналогов пониженными напряжением питания и потреблением мощности, малыми массой и габаритами [3].

Еще одним важнейшим направлением в использовании уникального свойства автоэмиссии должно, по мнению автора данной статьи, в ближайшие годы стать создание на основе многоострийных автокатодов бестопливных генераторов электрической энергии. Вытекающая из теории Фаулера-Нордгейма и подтвержденная экспериментально возможность получения гигантских плотностей тока, в миллионы раз превышающих плотности тока при любых других видах эмиссии, а также, практически, безынерционность автоэмиссии, с одной стороны, и отсутствие затрат энергии свободных электронов при их выходе из вещества эмиттера, с другой стороны, являются основополагающими предпосылками реализации «беззатратного» механизма получения энергии «свободных» электронов, испускаемых проводниковым или полупроводниковым веществом эмиттера-катода. «Свободными» электронами мы будем (в соответствии с известной моделью свободных электронов) здесь называть электроны проводимости в проводниках, образующие так называемый «электронный газ». Конечно, реально получаемые плотности автоэмиссионного тока – до для металлов и до для полупроводников– значительно меньше теоретических величин (для металлов– более ), однако и такие плотности позволяют выходить даже с полупроводниковым веществом на мощности до . Решение проблемы нахождения «беззатратного» механизма получения (извлечения) энергии «свободных» электронов – в нахождении правильных конструктивных решений ключевых элементов и ключевых схемотехнических решений генераторного устройства. Естественно, что основные из этих решений являются техническими секретами. Здесь же мы ограничимся лишь кратким указанием наиболее общих принципов построения таких генераторов на «свободных» электронах (ГСЭ).



§1. Условия возникновения и поддержания генерации
1.1. Процесс эмиссии в ГСЭ
Для того, чтобы эмиссионный процесс позволял реализовать в ГСЭ эффективное и

стабильное «извлечение» энергии «свободных» электронов, необходимо создать следующие условия, при которых этот процесс будет протекать.

1. Напряженность электрического поля у поверхности эмиттера должна обеспечивать туннельное прохождение электронов сквозь потенциальный барьер (автоэлектронную эмиссию), то-есть, достигать .

2. Должны, в идеале, полностью отсутствовать все другие виды эмиссий (термоэлектронная, вторичная электронная), ионизационные и лавинные процессы, приводящие к возникновению разрядов (в том числе, и искровых), излучение в областях жесткого ультрафиолета и рентгена, то-есть, процессы, требующие для поддержания своего существования энергетических затрат со стороны стороннего источника.

3. Источник напряжения, обеспечивающий напряженность электрического поля, при которой реализуется туннельный эффект, в идеале, не должен ни отдавать энергию эмитируемому электронному потоку, ни забирать ее у эмитируемого потока.
Из совокупности этих условий вытекает, что:


  • автоэмиссионный катод должен представлять собой многоострийное тело, острия которого имеют очень малые радиусы закругления (от долей микрон до нанометров и десятков ангстрем),

  • процесс должен быть «безразрядным» и протекать в вакууме,

  • напряжение между катодом и анодом, обеспечивающее туннельное прохождение электронов, должно быть минимальным (от нескольких сотен до нескольких десятков вольт),

  • цепи, через которые осуществляется управление шириной и высотой потенциального

барьера, и цепи, по которым течет эмитируемый ток, должны быть разделены,

  • из предыдущего требования вытекает необходимость формирования достаточно быстро изменяющегося периодически во времени эмитируемого потока путем периодического изменения во времени ширины и высоты потенциального барьера,

  • сторонний источник, осуществляющий формирование переменного во времени потока, в идеале, не должен ни отдавать энергию эмитируемому потоку, ни отбирать ее у него.

Отметим, что процесс в определенном диапазоне температур сопровождается охлаждением эмиттера и находящихся с ним в контакте проводников и элементов цепи (инверсия эффекта Ноттингема), которое в дальнейшем компенсирует разогрев эмиттера за счет джоулевых потерь и стабилизирует эмиссию.


( Продолжение следует)

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница