تقنية المحولات الحراري - إيونية Thennoionic Converters

تقوم هذه المحولات بتحويل الحرارة الناتجة عن المادة المشعة مباشرة إلى جهد مستمر صغير. ومن ثم فهذه تتمتع بكفاءة أعلى من سابقاتها ولكن ذلك يتم على حساب درجة حرارة أعلى من تلك التي تعمل عندها سابقاتها. بين الشكل (1) تصميماً مبسطاً للمولد الحراري - إيوني. يتركب الجهاز من

الشكل (1)

باعث معدني ذي درجة انصهار عالية جداً تفصله مسافة قدرها حوالي 0.025 سنتمتراً عن المجمع (Collector) . يستخدم بخار السيزيوم كمادة موصلة (بلازما) تملأ الفراغ السابق بين المجمع والباعث. تعمل الحرارة الناتجة عن الوقود على رفع درجة حرارة الباعث إلى حوالي C 1500 ومن ثم تنبعث الإلكترونات من سطحه منطلقة خلال منطقة البلازما نحو المجمع: حيث ينتج عن ذلك تيار الكتروني في الدائرة الخارجية (R_L) يعمل هنا بخار السيزيوم ذو الضغط المنخفض بالإضافة إلى دوره في التوصيل، على معادلة أية شحنات موضعية في منطقة البلازما. أما درجة حرارة المجمع فتثبت عند درجة حرارة قدرها حوالي 650C وذلك عند تيارات الحمل الخاصة بدورات البخار. ويمكن تحسين كفاءة الجهاز باختيار مادتين مناسبتين للمجمع والباعث حسب مستويات الطاقة في كل منهما.

للحصول على كفاءة عالية وتيار كبير يلزمنا أن نرفع درجة حرارة الباعث للحصول على تدفق كبير للإلكترونات. ويعتمد تدفق الإلكترونات فيما يعتمد عليه، على دالة العمل Work Function وكلما كانت هذه صغيرة زاد مقدار الإلكترونات المنطلقة من سطح الباعث. يستخدم في صناعة سطح الباعث التنجستن بعد تغليفه بكرييد السيليكون وذلك لتوفير الحماية الضرورية. وتكمن صعوبة الحصول على المحول الحراري - إيوني في صعوبة عزل الباعث العالي الحرارة. وبالتالي يمكن أن تهرب نصف الحرارة الناتجة من الباعث. كما وأنه عندما ترتفع درجة الحرارة كثيراً فإن الإلكترونات المنبعثة من الباعث ستكتسب طاقة حركة كبيرة ومن ثم تظهر هذه الطاقة على شكل حرارة تعمل على رفع درجة حرارة المجمع وليس لتجميع المزيد من الإلكترونات. أما إذا خفضنا من رجة حرارة الباعث، فإن ذلك ينتج عنه - بالطبع - خفض فيض الإلكترونات، ومن ثم تقليل كفاءة الجهاز.