импульсный электрохимический преобразователь энергии ядерного синтеза и способ его эксплуатации

Формула изобретения

1. Импульсный электрохимический преобразователь энергии ядерного синтеза, содержащий электрохимический элемент с платиновым и палладиевым электродами, разделенными электролитом на основе тяжелой воды, и внешний источник постоянного тока, подключенный к электродам электрохимического элемента, отличающийся тем, что преобразователь энергии дополнительно содержит электрохимический элемент с платиновым и палладиевым электродами, разделенными водным электролитом, внешний источник постоянного тока, подключенный к электродам, и солевой мостик, объединяющий электрохимические элементы по электролиту.

2. Способ эксплуатации импульсного электрохимического преобразователя энергии ядерного синтеза, включающий электрохимическое насыщение палладиевого электрода дейтерием, отличающийся тем, что одновременно с насыщением палладиевого электрода дейтерием в одном элементе насыщают палладиевый электрод водородом во втором элементе, измеряют напряжение на палладиевых электродах и сравнивают с заданным, при достижении напряжением заданной величины прекращают насыщение электродов газами путем отключения внешних источников постоянного тока и замыкают цепь нагрузки между палладиевыми электродами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве источников энергии.

Известен электрохимический преобразователь ядерной энергии в электрическую, использующий энергию ядерного излучения для радиолиза воды на водород и кислород, которые затем используются в топливном элементе для генерации электрической энергии [1]

Недостатками такого преобразователя энергии являются сложность конструкции и низкая эффективность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь энергии ядерного синтеза, содержащий электрохимический элемент с платиновым и палладиевым электродами, разделенными электролитом на основе тяжелой воды. К электродам элемента подключен источник постоянного тока для электрохимического насыщения палладиевого электрода дейтерием [2]

В результате насыщения палладия дейтерием происходит слияние ядер дейтерия, сопровождающееся реакцией синтеза, например ядер гелия в соответствии с реакцией d+d __ He³+n + 2MэВ

сопровождающейся выделением значительного количества энергии, которое примерно в 4 раза превышает количество подведенной энергии на проведение электролитического насыщения палладиевого электpода.

Недостатком этого преобразователя является реализация энергии ядерного синтеза в виде тепловой энергии.

Задачей изобретения является прямое преобразование энергии ядерного синтеза в электрическую энергию.

Техническое решение поставленной задачи может быть реализовано путем введения дополнительного электрохимического элемента с платиновым и палладиевым электродами, разделенными водным электролитом и подключенным к электродам внешнего источника постоянного тока. Электрохимические элементы по электролиту объединены солевым мостиком.

Оценка величины энергии может быть проведена аналогично [2] Изменение энергии в результате выравнивания уровней Ферми первого и второго катодов дается выражением

E N_i+ q_ii

(1) где _i и _i^o электрические и химические потенциалы электронов в первом и втором катодах; q_i eN_i и N_i заряд и количество электронов, которыми обмениваются катоды при замыкании. Условие выравнивания электрохимического потенциала при замыкании катодов имеет вид

e (_{1 2}) _{2 1} (2)

Из сохранения заряда следует

q₁ -q_2. (3)

Потенциалы _{1 2} линейно связаны с зарядами q₁, q₂.

_i с_i^-1q_i, (4) где с_i емкостный коэффициент.

Из системы уравнения (2-4) нетрудно получить

q₁= e^-1

Подстановка в формуле (1) дает искомую оценку

При 1В, с 10⁴-10³ Ф/см³ (электрохимические емкости имеют порядок 10^-5 10^-3 Ф/см², удельные поверхности пористых электродов 10⁴-10⁶ см^-1) Е может составить величину порядка 10^-1-10³ Дж/см³.

На чертеже представлен импульсный электрохимический преобразователь энергии ядерного синтезa.

Ячейка 1 заполнена электролитом 2 на основе тяжелой воды, ячейка 1" электролитом 2" на основе обычной воды, электроды 4, 4" выполнены из палладия, являются катодами электрических цепей 5 и 5", служащих для электрохимической накачки катодов водородом, 3, 3" платиновые электроды-аноды, 6 солевой мостик, 7 электрическая цепь катодов с ключом.

Преобразователь работает следующим образом.

Осуществляется электрохимическая накачка катодов 4 и 4" при включенных цепях 5 и 5" тяжелым водородом и легким изотопом соответственно. Затем цепи 5, 5" размыкаются и измеряется разность потенциалов между катодами. По истечении времени, необходимого для превращения части дейтерия в гелий, возникает разность потенциалов между катодами вследствие изменения уровня Ферми электронов в катоде 4. По достижении заданного уровня разности потенциалов запасенная в катоде 4 энергия может быть использована при замыкании цепи 7.