- Методы определения эмиссионно-адсорбционных и теплофизических свойств электродов термоэмиссионных сборок при петлевых испытаниях
Эмиссионно-адсорбционные свойства электродов, под которыми понимают прежде всего работы выхода φэ и φκ эмиттера и коллектора, при проведении петлевых испытаний считаются обычно известными для использованных материалов (или эмиссионных покрытий) эмиттера и коллектора. Поэтому определение их значений не является первоочередной задачей при проведении испытаний. Тем не менее для понимания физических процессов, происходящих в термоэмиссионных ЭГЭ и ЭГС, и организации режимов испытаний, определение этих параметров желательно на всех этапах испытаний для более тщательного анализа получаемых энергетических характеристик и их ресурсного изменения. В ряде случаев определение φэ и φκ помогало найти причины нарушений режимов работы и объяснить получение аномальных результатов.
Определение работы выхода эмиттера. Для нахождения вакуумных работ выхода эмиттера и коллектора
, а также их значений в паре цезия, т. е. фактически зависимостей
— так называемых кривых Рейзера, могут быть использованы методы, разработанные в свое время для физических исследований лабораторных ТЭП и модернизированные применительно к условиям проведения петлевых испытаний ЭГЭ и ЭГС (29). При использовании этих методов следует помнить, что из-за неизотермичности электродов и других неоднородных условий проведения петлевого эксперимента, могут быть оценены лишь некоторые их средние или эффективные значения, а в ряде случаев полученные значения будут относиться не ко всей ЭГС, а к некоторому «узкому» ЭГЭ, который, например, ограничивает ток, проходящий через ЭГС.
В вакуумном режиме (режиме термовакуумного обезгаживания) φэ0 в первом приближении можно оценить по известным методам полного тока и прямых Ричардсона (253, 254). Однако специально выполненные теоретические исследования возможности использования этих методов при проведении петлевых испытаний [249] показали, что они могут быть использованы лишь при испытаниях одиночных ЭГЭ или одноэлементных ЭГС, а применительно к многоэлементной ЭГС полученные значения φэ0 будут относится лишь к «узкому» ЭГЭ, ограничивающему полный ток ЭГС. При этом ВВАХ должна обладать определенными свойствами. Так, если на экспериментальных ВВАХ имеются участки насыщения и задерживающего потенциала (см. рис. 7.10), то по измеренному току насыщения Is и известным для «узкого» ЭГЭ температурам эмиттера Tэ или плотности теплового потока с эмиттера qF значение может быть определено по одному из следующих выражений
Эффективность способа была продемонстрирована при реакторных испытаний пятиэлементной ЭГС, описанной в [257]. В режиме горячего обезгаживания на разных уровнях мощности снят набор ВВАХ, совершенно не похожих на идеальные ВВАХ (рис.7.12).
Рис. 7.12 Аномальные вакуумные ВАХ многоэлементной ЭГС, полученные в режиме термовакуумного обезгаживания при реакторных испытаниях
Из-за сильного искажения токами утечек выделение характерных областей ВВАХ и использование традиционных методов оказались невозможны. Рассмотренный способ позволил определить φκ0 для всех режимов вакуумного обезгаживания. Результаты определения φκ0 в зависимости от мощности реактора Ν приведены в табл. 7.1. Там же приведены измеренные и определенные из измерений необходимые для определения параметры. Обратим внимание на обнаружение аномально низких значений φκ0 при высоких мощностях, что потребовало принятия специальных мер по организации дальнейших этапов испытаний.
Таблица 7.1.
Результаты определения вакуумной работы выхода коллекторов пятиэлементной ЭГС
обратной эмиссии из кривых задержки.
При этом необходимо помнить, что здесь также возможно появление «узкого» в отношении пропускания обратного тока с коллектора ЭГЭ.
Принципиально возможна оценка φκ и в разрядном режиме работы ЭГЭ и ЭГС. Например, если известна или определена теплота конденсации электронов на коллекторе qκ, то
φκ = qκ - Тек/5800,
Рис 7.13. Система вольтамперных характеристик для определения приведенной степени черноты επρ электродов при реакторных испытаниях
Рис. 7.14. Схема определения теплоты конденсации электронов на коллекторе при реакторных испытаниях
Использование переходных процессов для определения внутренних параметров термоэмиссионных сборок при петлевых испытаниях. Возможность использования переходных процессов для диагностики внутреннего состояния ТРП впервые показана в работе (261). На основе уравнений нестационарного энергетического баланса для системы эмиттер—коллектор получено, что погрешность определения температуры эмиттера составляет около 1,5%, а работ выхода электродов до 2,5%.
Дальнейшее развитие применительно к ЭГС этот метод получил в работах [262, 263], где показано, что на основе обработки переходных процессов, полученных при отключении электрической нагрузки, можно определить не только интегральные внутренние параметры ЭГС, но и распределенные. Однако применение рассмотренных методов возможно лишь при пониженных уровнях тепловой мощности.
Так как отключение электрической нагрузки в рабочих условиях приводит к перегреву эмиттеров ЭГС в связи с исчезновением электронного охлаждения, в [264] предложен метод определения внутренних параметров ЭГС, основанный на использовании переходного процесса по плотности тока j(τ), получаемого при небольшом изменении напряжения нагрузки, относительно рабочей точки.
