Улучшение характеристик ТЭПТермохимическая совместимость. Материалы эмиттерного узла должны обладать высокой термохимической стабильностью и совместимостью со всеми материалами, с которыми они контактируют в процессе работы: с материалами коллектора, манжет металлокерамических узлов, изоляционных и жаростойких покрытий, а также с ядерным горючим. В местах контактов не должны образовываться более легкоплавкие эвтектики, соединения и элементы с высокой диффузионной подвижностью, а коэффициент взаимной диффузии контактирующих материалов должен быть минимальным (за исключением специальных случаев).Механическая прочность. Материалы эмиттерного узла должны обладать высокими прочностными свойствами, не изменять своих геометрических размеров существенным образом в результате ползучести или действия термических напряжений, а также свеллинга ядерного горючего и динамических механических нагрузок. Теплопроводность. Материалы эмиттера, изоляционных, эмиссионных и жаростойких покрытий должны обладать достаточно высокой теплопроводностью для уменьшения термических перепадов при больших тепловых потоках. Желательно, чтобы материалы токоввода имели малую теплопроводность. Электропроводность. Для уменьшения внутренних омических потерь в ТЭП материалы эмиттерного узла должны иметь высокую электропроводность. Степень черноты. Материалы эмиттерного узла должны иметь как можно меньшую степень черноты. Технологичность. Материалы эмиттерного узла должны быть технологичными, чтобы процесс изготовления из них изделий по возможности не требовал бы применения сложных технологических приемов, специального и уникального оборудования и инструментов. Интересно заметить, что правильный выбор оборудования важен во многих сферах деятельности человека. Например, выбрав верное торговое оборудование для магазина, можно рассчитывать на его последующую эффективную работу, так как стильная обстановка и правильное оформление торговых площадей создают комфортные условия для покупки любого товара. Гармоничное оборудование магазина и его витрины значительно влияет на процветание торговой точки. Нейтронно-физические свойства. При использовании ТЭП непосредственно в ядерном реакторе (тепловом и промежуточном) материалы эмиттерного узла должны иметь малое сечение поглощения нейтронов. Материалов, в полной мере удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, пока еще не создано. Однако зная различные свойства уже известных материалов и используя результаты испытаний термоэмиссионных преобразователей на электрических стендах и в натурных условиях (в ядерном реакторе), можно выбрать необходимые материалы и проводить работы по созданию новых материалов, более полно отвечающих поставленным требованиям. В соответствии с практически достигнутыми до настоящего времени электрическими характеристиками ТЭП и продолжительностью их работы наилучшими материалами эмиттерного узла являются тугоплавкие металлы, их сплавы и композиционные материалы на их основе. Абсолютные значения электрической мощности, полученные с эмиттерами из карбидов и из тугоплавких металлов, сравнимы между собой, но в случае карбидов эти мощности получены при более высоких температурах, при которых скорость испарения достигает больших значений. Кроме указанных материалов в качестве эмиссионных покрытий могут применяться композиционные материалы матричного типа или диспенсерного типа, где роль активного материала, улучшающего адсорбцию цезия, выполняют металлы платиновой группы. Эти материалы не нашли пока широкого применения в ТЭП главным образом из-за высокой скорости испарения активного вещества при требуемых рабочих температурах эмиттера, а также из-за большой стоимости (осмий, иридий, платина, рутений). Окончательный выбор материалов для эмиттерного узла и для термоэмиссионного преобразователя в целом должен проводиться с учетом конструктивных решений, конкретных условий работы и требований, предъявляемых к энергоустановке. Выбор материалов проводится путем всесторонней оценки данных по их свойствам, позволяющим провести необходимые тепло-физические, термохимические, электрические и механические расчеты. |
||
