一種熱離子燃料元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于熱離子發(fā)射設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種熱離子燃料元件。
【背景技術(shù)】
[0002]熱離子反應(yīng)堆是將其核熱能在反應(yīng)堆內(nèi)直接轉(zhuǎn)換為電能，其電能可以直接作為動(dòng)力。熱離子反應(yīng)堆在美俄是作為宇宙空間站的電源而設(shè)計(jì)的，故又稱空間反應(yīng)堆。其中的熱離子燃料元件則是空間反應(yīng)堆的關(guān)鍵部件之一，利用金屬表面電子受熱離開金屬表面在接收極形成電流的效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換(熱離子發(fā)射方法)。自從上世紀(jì)60年代蘇美等國(guó)家開展研發(fā)以來，熱離子燃料元件一直采用中空?qǐng)A柱形發(fā)射極及外包圓筒形接收極的結(jié)構(gòu)(見圖1)。其優(yōu)點(diǎn)是加工工藝簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是電極間的極間間隙不可調(diào)，對(duì)電極徑向精度要求高。
[0003]提高效率和參數(shù)的穩(wěn)定性一直是熱離子發(fā)射方法研究的主要方向，而電極溫度、極間間隙和電極間介質(zhì)氣體壓力與熱-電轉(zhuǎn)換效率密切相關(guān)。在研發(fā)階段需要一種電極之間的極間間隙可調(diào)的熱離子燃料元件作為實(shí)驗(yàn)元件，以滿足獲得不同間隙下的特性參數(shù)信息并以此找出優(yōu)化的可能；此外，在實(shí)際器件裝配時(shí)需要對(duì)熱離子燃料元件進(jìn)行裝配微調(diào)，以彌補(bǔ)加工工藝等誤差帶來的徑向尺寸不一致，以利于特性參數(shù)的一致性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的電極間間隙不可調(diào)整的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種熱離子燃料元件。該熱離子燃料元件能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射極和接收極之間的極間間隙的調(diào)整。
[0005]為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種熱離子燃料元件，包括發(fā)射極，環(huán)繞在所述發(fā)射極外圍的接收極，所述發(fā)射極和接收極之間相隔極間間隙，所述發(fā)射極和接收極采用兩端直徑不一致的錐筒造型。
[0006]進(jìn)一步，所述發(fā)射極和接收極的錐度一致。
[0007]更進(jìn)一步，所述發(fā)射極和所述接收極能夠沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述極間間隙的寬度能夠隨所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。
[0008]本實(shí)用新型的效果有以下幾點(diǎn):
[0009]1.可以通過軸向調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)發(fā)射極和接收極之間的極間間隙的調(diào)整；
[0010]2.常規(guī)機(jī)加工即可，降低了對(duì)徑向加工精度的要求，有利于批量生產(chǎn)組裝，并可通過裝配微調(diào)，彌補(bǔ)加工誤差；
[0011]3.可以方便的實(shí)現(xiàn)最佳極間間隙的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；
[0012]4.可代替多個(gè)固定間隙燃料元件，減少了實(shí)驗(yàn)樣件的數(shù)量，大大節(jié)省了研發(fā)經(jīng)費(fèi)；
[0013]5.在實(shí)際生產(chǎn)中，采用錐筒型結(jié)構(gòu)可使成品率大大提高。
【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的熱離子燃料元件的示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型所提供的熱離子燃料元件的示意圖；
[0016]圖中:1_接收極，2-發(fā)射極，3-極間間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0018]如圖2所示，本實(shí)用新型所提供的一種熱離子燃料元件，包括發(fā)射極2，以及環(huán)繞在發(fā)射極2外圍的接收極I，其中，發(fā)射極2和接收極I均采用錐筒造型(圓錐型截取的其中一部分)，也就是說發(fā)射極2和接收極I的一端直徑大于另一端的直徑，所需要的錐度(正圓錐體底圓直徑與其高度的比)可以根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行調(diào)整。發(fā)射極2的小直徑一端從接收極I大直徑一端插入，發(fā)射極2和接收極I同軸，并且，發(fā)射極2和接收極I能夠沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩極之間的極間間隙3的調(diào)整，通過軸向調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了徑向調(diào)節(jié)的效果。
[0019]以目前典型的單節(jié)熱離子燃料元件(直筒型)為例，其料件長(zhǎng)度在800mm左右，工作段為其中的500mm到600mm，發(fā)射極2外徑為19.6mm,接收極I內(nèi)徑為20.6mm,極間間隙為0.5mm。按照本實(shí)用新型所提供的熱離子燃料元件，如果發(fā)射極2 —端外徑設(shè)計(jì)為18.6mm，另一端外徑設(shè)計(jì)為20.6mm，接收極I 一端外徑設(shè)計(jì)為19.6mm，另一端外徑設(shè)計(jì)為21.6mm，則發(fā)射極2相對(duì)于接收極I軸向每調(diào)節(jié)8mm可實(shí)現(xiàn)徑向調(diào)節(jié)0.0lmm的效果，傾角角度α =arctanl/800o這樣也可以降低對(duì)加工精度的要求，對(duì)批量生產(chǎn)組裝是有實(shí)際意義的，例如在對(duì)元件組裝調(diào)試過程中，就可以通過微調(diào)極間間隙3來達(dá)到實(shí)際所需的極間間隙標(biāo)準(zhǔn)，使得熱離子燃料元件的成品率大大提高。而直筒型的熱離子燃料元件無法調(diào)節(jié)極間間隙，要達(dá)到特定的間隙尺寸加工精度比較大，并且一旦出現(xiàn)偏差，則無法滿足元件所要達(dá)到的極間間隙標(biāo)準(zhǔn)，甚至造成熱離子燃料元件無法使用。
[0020]如果具有高精度加工能力，可適當(dāng)降低傾角α的角度。增大傾角α的角度可用于生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)用途的熱離子燃料元件，即實(shí)驗(yàn)元件(電加熱)，用于不同極間間隙3條件下特性參數(shù)的研究，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)元件的工作段可以選擇更短的中間段。在對(duì)新材料使用中，最佳的極間間隙3 —定要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而采用本實(shí)用新型所提供的熱離子燃料元件作為實(shí)驗(yàn)元件，可實(shí)現(xiàn)在小范圍(±0.15mm)內(nèi)對(duì)極間間隙3進(jìn)行調(diào)整，可以替代多個(gè)不同規(guī)格的直筒型的熱離子燃料元件。熱離子燃料元件一般為特殊材料制作，價(jià)格較貴，在實(shí)驗(yàn)研究中使用可變間隙的實(shí)驗(yàn)元件可以大大減少樣件的數(shù)量，節(jié)約可觀的研發(fā)費(fèi)用。
[0021]本實(shí)用新型所述的元件并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱1?子燃料兀件，包括發(fā)射極(2)，環(huán)繞在所述發(fā)射極(2)外圍的接收極(1)，所述發(fā)射極⑵和接收極⑴之間相隔極間間隙(3)，其特征是:所述發(fā)射極(2)和接收極(I)采用兩端直徑不一致的錐筒造型。2.如權(quán)利要求1所述的一種熱離子燃料元件，其特征是:所述發(fā)射極⑵和接收極(I)的錐度一致。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種熱離子燃料元件，其特征是:所述發(fā)射極(2)和所述接收極(I)能夠沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述極間間隙(3)的寬度能夠隨所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種熱離子燃料元件，現(xiàn)有的熱離子燃料元件采用直筒型的造型，發(fā)射極和接收極之間的極間間隙固定不變，無法調(diào)整，不能滿足在不同極間間隙情況下獲取特性參數(shù)的數(shù)據(jù)信息。在批量生產(chǎn)燃料元件時(shí)，為保證極間間隙的一致性需要更高的加工精度。本實(shí)用新型所提供的熱離子燃料元件，包括發(fā)射極，環(huán)繞在所述發(fā)射極外圍的接收極，所述發(fā)射極和接收極之間相隔極間間隙，其中所述發(fā)射極和接收極采用兩端直徑不一致的錐筒造型。采用本實(shí)用新型所述的熱離子燃料元件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)極間間隙進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)在不同極間間隙情況下獲取特性參數(shù)的數(shù)據(jù)信息，并在批量生產(chǎn)燃料元件時(shí)，相對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)可降低對(duì)熱離子燃料元件對(duì)徑向的加工精度要求。
【IPC分類】G21H1/10
【公開號(hào)】CN204834070
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520477979
【發(fā)明人】馮北元
【申請(qǐng)人】中國(guó)原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月3日