热电子转换器

热电子转换器包括有热电极的热离子发射 的电子通过势能垒到冷却器电极，产生了有用的电功率输出。铯蒸气用于优化电极功函数并提供离子供应（通过等离子体中的表面电离或电子碰撞电离）来中和电子空间电荷。

从物理电子的观点来看，热电子能量转换是通过热电子发射由热量直接产生的电能。从热力学观点来看，是在发电循环中使用电子蒸气作为工作流体。热电子转换器包括一个热的发射极电极和一个较冷的集电极，电子通过热离子发射而从中蒸发，电子通过电极间等离子体传导后凝结在其中。产生的电流，通常为几安培发射器表面每平方厘米的功率，会以0.5-1伏的典型电位差和5-20％的热效率向负载提供电力，具体取决于发射器温度（1500-2000 K）和工作模式。

热电子能量转换的科学方面主要涉及表面物理学和等离子体物理学领域。电极表面特性决定了电极表面的电子发射电流和电势的大小，而等离子体特性决定了电子电流从发射极到集电极的传输。迄今为止，所有实用的热电子转换器都在电极之间使用铯蒸气，这决定了表面和等离子体的特性。使用铯是因为它是所有稳定元素中最容易离子化的。

热电子发生器就像循环热机一样，其xxx效率受到卡诺定律的限制。这是一种低压大电流设备，在1-2V的电压下已达到25-50（A /平方厘米）的电流密度。如果为锅炉的提升管提供热电子发生器的阴极和阳极，并且其间充满电离的铯蒸气，则高温气体的能量可以部分转化为电能。

主要关注的表面性质是功函数，它是限制从表面发射电子的电流的屏障，并且本质上是从表面蒸发电子的热量。功函数主要由吸附在电极表面上的铯原子层决定。电极间等离子体的性质由热电子转换器的操作模式确定。在点火模式下，等离子体通过热等离子体电子（〜3300 K）在内部通过电离保持。在未点火模式下，通过将外部产生的正离子注入冷等离子体来维持等离子体。在混合模式下，等离子体由来自热等离子体电极间区域的离子转移到冷等离子体电极间区域来维持。