RU2740207C1

RU2740207C1 - Radioactive isotope source of alternating current

Info

Publication number: RU2740207C1
Application number: RU2019135008A
Authority: RU
Inventors: Валентин Николаевич Балабин; Сергей Павлович Калугин
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-01-12

Abstract

FIELD: electric energy sources.

SUBSTANCE: radio-isotope source of alternating current comprises an emitter of beta-emitting metal, which acts as a cathode, and a resonator system of magnetron type, which is an anode, placed in a vacuum chamber, located in magnetic conductance gap. Cathode is made in form of foil ring and concentrically installed between external and internal magnetron resonators, resonator cavities of which open towards each other, and in the gap between magnetic conductor poles and ends of resonators there are two electrostatic reflectors. Emitted β-particles move in electromagnetic field created by resonators, and give them their energy. Radial and tangential components of velocity of charged particles are used, and axial component β-particles is suppressed by two electrostatic reflectors, installed parallel to plane of resonance system on both sides of it, at that electromagnetic energy is transferred to load through communication loops located in one of chambers of external and internal resonators.

EFFECT: disclosed is a radioisotope source of alternating current.

7 cl, 5 dwg

Description

«Область техники, к которой относится изобретение»"The technical field to which the invention relates"

Изобретение относится к радиоизотопным источникам электрической энергии.The invention relates to radioisotope sources of electrical energy.

«Уровень техники»"State of the art"

На сегодняшний день известны следующие типы источников электрической энергии, использующие ядерные излучения:To date, the following types of sources of electrical energy using nuclear radiation are known:

радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи): используются термоэлементы;

radioisotope thermoelectric generators (RTGs): thermoelements are used;

радиоизотопные термоэмиссионные генераторы: используется термоэмиссионный преобразователь;

radioisotope thermionic generators: a thermionic converter is used;

радиоизотопные комбинированные генераторы: используются термоэмиссионный преобразователь (1-я ступень) и термоэлементы (2-я ступень преобразования);

radioisotope combined generators: a thermionic converter (1st stage) and thermoelements (2nd stage of conversion) are used;

радиоизотопные паротурбинные генераторы: парортутные турбины или пароводяные турбины и электрогенератор;

radioisotope steam turbine generators: mercury vapor turbines or steam-water turbines and an electric generator;

атомные элементы: альфа- и бета-излучающие изотопы, помещенные в вакуумные капсулы, создают очень высокое напряжение при малых токах;

atomic elements: alpha and beta emitting isotopes placed in vacuum capsules create very high voltages at low currents;

атомные полупроводниковые элементы: облучение полупроводниковых сборок в заданном направлении;

atomic semiconductor elements: irradiation of semiconductor assemblies in a given direction;

радиоизотопные пьезоэлектрические источники;

radioisotope piezoelectric sources;

радиоизотопные оптико-электрические источники;

radioisotope optical-electrical sources;

радиоизотопные генераторы переменного тока.

radioisotope alternators.

Известна атомная батарея следующей конструктивной схемы (Патент США 2552050), которая представлена далее на одном из чертежей.Known atomic battery of the following structural scheme (US Patent 2552050), which is presented below in one of the drawings.

В центре вакуумированного сферического корпуса находится радиоактивный излучатель (эмиттер), выделяющий заряженные частицы. Пригоден излучатель альфа-частиц, бета-частиц и осколков деления, однако альфа-частицы и некоторые осколки деления после нейтрализации образуют газы, нарушающие вакуум в приборе и за счет ионного тока понижающие КПД преобразования ядерной энергии в электрическую. По этой причине предпочтительны бета-распадные изотопы церий-144, никель-63, прометий-147 и подобные.In the center of the evacuated spherical body there is a radioactive emitter (emitter) that emits charged particles. An emitter of alpha particles, beta particles and fission fragments is suitable, however, alpha particles and some fission fragments after neutralization form gases that violate the vacuum in the device and, due to the ion current, reduce the efficiency of converting nuclear energy into electrical energy. For this reason, the beta decay isotopes cerium-144, nickel-63, promethium-147 and the like are preferred.

Излученные частицы оседают на внутренних стенках корпуса и передают ему свой заряд, соответственно, сам излучатель приобретает заряд противоположного знака. Возникающая между излучателем и корпусом разность потенциалов определяется кинетической энергией излучаемых частиц и составляет обычно от нескольких десятков тысяч до миллиона вольт. Она поддерживается, если отбор тока не превышает темпа поступления заряда с заряженными частицами, при отборе большего тока напряжение снижается. Расстояние между излучателем и корпусом должно обеспечивать отсутствие пробоя. Известно, что электрическая прочность вакуума составляет от 30 до 120 кВ/мм, поэтому минимальный размер корпуса получается порядка единиц или десятков сантиметров.The emitted particles settle on the inner walls of the housing and transfer their charge to it, respectively, the emitter itself acquires a charge of the opposite sign. The potential difference arising between the emitter and the housing is determined by the kinetic energy of the emitted particles and is usually from several tens of thousands to a million volts. It is maintained if the withdrawal of current does not exceed the rate of receipt of the charge with charged particles; when a larger current is withdrawn, the voltage decreases. The distance between the radiator and the housing must ensure that there is no breakdown. It is known that the dielectric strength of a vacuum is from 30 to 120 kV / mm, so the minimum size of the case is of the order of units or tens of centimeters.

Таким образом, данная атомная батарея имеет два недостатка - выход на постоянном токе, который сравнительно трудно затем преобразовывать, и высоковольтный выход на столь высоком напряжении, которое не может иметь широкого применения.Thus, this atomic battery has two drawbacks - a direct current output, which is then relatively difficult to convert, and a high-voltage output at such a high voltage that it cannot be widely used.

В ядерной физике известен прибор для получения заряженных частиц высоких энергий путем ускорения их переменным электрическим полем - циклотрон. Циклотрон является преобразователем электрической энергии в кинетическую энергию ускоренных частиц, и, как и другие электромеханические преобразователи, обладает обратимостью. Если в циклотрон направить заряженную частицу, то между дуантами возникнет переменное высокочастотное электрическое поле. При подключении к дуантам нагрузки в нагрузку потечет переменный ток, который при необходимости можно подвергнуть выпрямлению.In nuclear physics, a device is known for producing high-energy charged particles by accelerating them with an alternating electric field - a cyclotron. The cyclotron is a converter of electrical energy into kinetic energy of accelerated particles, and, like other electromechanical converters, has reversibility. If a charged particle is directed into the cyclotron, then an alternating high-frequency electric field will arise between the dees. When connected to the load dees, an alternating current will flow into the load, which can be rectified if necessary.

Однако непосредственно преобразовать кинетическую энергию заряженных частиц, образующихся при радиоактивном распаде, циклотрон не может. Одна причина в том, что радиоактивный распад случаен, а частицы должны входить в циклотрон синфазно с создаваемым ими электрическим полем, т.е. в виде периодических сгустков. Вторая причина в том, что при радиоактивном распаде частицы разлетаются во все стороны, и нет возможности их отразить или сфокусировать в пучок, а значит, лишь ничтожная часть всех частиц сможет войти по правильной траектории.However, the cyclotron cannot directly convert the kinetic energy of charged particles formed during radioactive decay. One reason is that radioactive decay is random, and particles must enter the cyclotron in phase with the electric field they create, i.e. in the form of periodic clots. The second reason is that during radioactive decay, particles scatter in all directions, and there is no way to reflect or focus them into a beam, which means that only an insignificant part of all particles can enter along the correct trajectory.

Чтобы решить проблему случайного момента поступления продуктов распада в узел преобразования энергии, были предложены механические и иные модуляторы потока ядерных частиц, например, следующий.To solve the problem of the random moment of arrival of decay products into the energy conversion unit, mechanical and other modulators of the nuclear particle flux were proposed, for example, the following.

Патент США №3290522, озаглавленный как «Электрический генератор ядерных выбросов», опубликованный Робертом Гинеллем 6 декабря 1966, он раскрывает прибор, обеспечивающий электрическую энергию путем модуляции плотности заряженных частиц, ограниченных в замкнутом пространстве магнитным полем. Радиоактивный материал расположен в центре замкнутого полого шара, имеющего внутреннюю поверхность, покрытую серебром. Сфера находится в центральном положении между полюсами постоянного магнита. Изменение плотности облака заряженных частиц приводит к изменению в магнитном поле, созданное облаком. Это изменение магнитного поля сокращает электропроводящие средства для создания электрического потенциала и тока в нем. Плотность облака заряженных частиц может быть различной при применении периодического изменения электростатического или электромагнитного поля к замкнутому облаку заряженных частиц. Электрическая энергия образуется из кинетической энергии, которая внедряется в заряженные частицы (продукты распада) на случай спонтанного распада в ходе разрушения радиоактивного материала. Однако с этой системой эффективность преобразования очень низка, а объем электрической энергии - слишком мал для большинства применения.US Pat. No. 3,290,522, entitled "Electric Generator of Nuclear Emissions," published by Robert Guinell on December 6, 1966, discloses a device that provides electrical energy by modulating the density of charged particles confined in an enclosed space by a magnetic field. The radioactive material is located in the center of a closed, hollow sphere with a silver-plated inner surface. The sphere is in a central position between the poles of a permanent magnet. A change in the density of a cloud of charged particles results in a change in the magnetic field created by the cloud. This change in the magnetic field reduces the electrically conductive means for creating an electrical potential and current therein. The density of a cloud of charged particles can be different when a periodic change in the electrostatic or electromagnetic field is applied to a closed cloud of charged particles. Electrical energy is generated from kinetic energy, which is embedded in charged particles (decay products) in the event of spontaneous decay during the destruction of radioactive material. However, with this system, the conversion efficiency is very low and the amount of electrical energy is too small for most applications.

В радиолокационной технике хорошо известен такой прибор, как магнетрон, представляющий собой резонансную систему. В ней электроны, хаотически испускаемые катодом, сами группируются в периодические сгустки под действием наводимого ими самими электрического поля в резонансной системе (в анодном резонаторе). Иначе, если расположить вместо катода в центре магнетрона радиоактивный источник и приложить некоторый потенциал между излучателем и анодом (возможно, нулевой, т.е. соединив анод с излучателем перемычкой), то при подборе силы магнита магнетрон начнет генерировать высокочастотные колебания.In radar technology, such a device as a magnetron, which is a resonant system, is well known. In it, the electrons, chaotically emitted by the cathode, themselves are grouped into periodic bunches under the action of the electric field induced by them in the resonance system (in the anode resonator). Otherwise, if you place a radioactive source instead of the cathode in the center of the magnetron and apply some potential between the emitter and the anode (possibly zero, i.e. connecting the anode to the emitter with a jumper), then when the magnet strength is selected, the magnetron will start generating high-frequency oscillations.

Подобная идея была предложена в Патенте США №4835433 автор Пол Браун (Paul Brown), однако его устройство использовало альфа частицы и требовало импульса для запуска высокочастотных колебаний.A similar idea was proposed in US Pat. No. 4,835,433 by Paul Brown, but his device used alpha particles and required a pulse to trigger high frequency oscillations.

Влияние магнитного поля на движение электронов в магнетроне; по мере усиления магнитного поля траектории электронов все более и более искривляются (представлена далее на одном из чертежей).The influence of a magnetic field on the movement of electrons in a magnetron; as the magnetic field increases, the trajectories of the electrons become more and more bent (shown below in one of the drawings).

Влияние слабого магнитного поля на полет электронов еле заметно: их пути до анода остаются почти прямолинейными. Сильное же магнитное поле заставляет электроны лететь по кривым линиям. При определенных условиях электроны не станут попадать на анод, т.е., не долетая до него, будут возвращаться на катод, при этом анодный ток прекратится.The influence of a weak magnetic field on the flight of electrons is barely noticeable: their paths to the anode remain almost straight. A strong magnetic field makes the electrons fly in curved lines. Under certain conditions, electrons will not hit the anode, i.e., before reaching it, they will return to the cathode, and the anode current will stop.

Анодное напряжение и силу магнитного поля подбирают так, что поворот электронов происходит у самой поверхности анода.The anode voltage and the strength of the magnetic field are selected so that the rotation of the electrons occurs at the very surface of the anode.

Вращающийся с определенной переносной скоростью электронный поток будет взаимодействовать с переменными электрическими полями резонаторов и поддерживать в них высокочастотные колебания за счет отдачи им энергии электронов. Очевидно, что сплошной электронный поток не может поддерживать возникшие в резонаторах магнетрона колебания. Действительно, если бы в работающем магнетроне пространственный заряд был бы распределен равномерно, то количество энергии, передаваемое электронами при их движении в тормозящем поле резонаторе, было бы равно количеству энергии, получаемой другими электронами, находящимися в данный момент в ускоряющем поле резонатора. Суммарная же энергия электронного потока при этом равнялась бы нулю, и такой электронный поток не смог бы восполнять энергию, расходуемую в колебательной системе резонаторов, и возникшие колебания прекратились бы.The electron flow rotating with a certain transfer speed will interact with the alternating electric fields of the resonators and maintain high-frequency oscillations in them due to the release of electron energy to them. It is obvious that a continuous electron beam cannot support the oscillations that have arisen in the magnetron resonators. Indeed, if in a working magnetron the space charge were uniformly distributed, then the amount of energy transferred by the electrons when they move in the decelerating field of the resonator would be equal to the amount of energy received by other electrons that are at a given moment in the accelerating field of the resonator. In this case, the total energy of the electron flux would be equal to zero, and such an electron flux would not be able to replenish the energy consumed in the oscillatory system of resonators, and the resulting oscillations would cease.

Принцип поддерживания незатухающих колебаний в магнетроне - электроны должны группироваться так, чтобы при своем движении они смогли пролетать под резонаторами в момент времени, когда переменное электрическое поле этих резонаторов было бы тормозящим.The principle of maintaining undamped oscillations in a magnetron is that electrons should be grouped so that during their movement they can fly under the resonators at the time when the alternating electric field of these resonators would be decelerating.

Процесс группирования электронов происходит в магнетроне автоматически в результате взаимодействия электронов с переменным электрическим полем резонаторов.The process of electron bunching occurs in the magnetron automatically as a result of the interaction of electrons with the alternating electric field of the resonators.

Рассмотрим это подробнее.Let's take a closer look at this.

Предположим, что электронный поток равномерно распределен по окружности магнетрона с одинаковой плотностью и пусть в данный момент электроны, вылетая с катода, попадают в тормозящее поле резонатора. На на одном из чертежей далее это условие показано в виде трех групп электронов, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Переменное электрическое поле Е_~ в каждой точке пространства взаимодействия можно разложить на две составляющие: тангенциальную составляющую Et, направленную по касательной к окружности, проходящей через данную точку с центром на оси анодного блока; и радиальную составляющую Er, направленную по радиусу.Let us assume that the electron flux is uniformly distributed over the circumference of the magnetron with the same density, and let the electrons, escaping from the cathode, enter the decelerating field of the resonator at a given moment. In one of the drawings below, this condition is shown in the form of three groups of electrons, which are located at the same distance from each other. The alternating electric field E _~ at each point of the interaction space can be decomposed into two components: the tangential component Et directed tangentially to the circle passing through this point centered on the axis of the anode block; and a radial component Er directed along the radius.

Для группы электронов 1 радиальная составляющая переменного поля Er в данный момент времени совпадает с напряженностью постоянного электрического поля Е₌, что приводит к увеличению средней переносной скорости движения электронов. Для группы электронов 3 радиальная составляющая переменного электрического поля Er направлена против вектора Е₌, в результате чего результирующая составляющая переменного поля (радиального) уменьшается, а, следовательно, уменьшается переносная скорость электронов.For a group of electrons 1, the radial component of the alternating field Er at a given moment of time coincides with the strength of the constant electric field E ₌ , which leads to an increase in the average transfer velocity of the electrons. For a group of electrons 3, the radial component of the alternating electric field Er is directed against the vector E ₌ , as a result of which the resulting component of the alternating (radial) field decreases, and, consequently, the transport speed of electrons decreases.

В плоскости «АВ» радиальная составляющая переменного электрического поля Е равна нулю, поэтому группа электронов 2 своей скорости не меняет. В результате этого группа электронов 1 движется с большей скоростью и постепенно догоняет группу 2, а группа электронов 3 движется медленнее группы 2 и постепенно сливается с ней. В результате таких изменений скоростей электронов под действием радиальной составляющей переменного электрического поля будет происходить их сближение, т.е. их формирование в электронные потоки, которые по форме напоминают «спицы колеса» и потому получивших название электронных спиц. Число «спиц» зависит от вида колебаний. Для колебаний типа «р» это число равно N/2, т.е. в два раза меньше числа резонаторов. Вся картина распределения электронов примет вид, показанный далее на одном из чертежей.In the plane "AB" the radial component of the alternating electric field E is equal to zero, therefore, the group of electrons 2 does not change its speed. As a result, the group of electrons 1 moves at a higher speed and gradually overtakes group 2, while the group of electrons 3 moves more slowly than group 2 and gradually merges with it. As a result of such changes in the velocities of electrons under the action of the radial component of the alternating electric field, their convergence will occur, i.e. their formation into electronic streams, which in shape resemble the "spokes of a wheel" and therefore are called electronic spokes. The number of "spokes" depends on the type of vibration. For oscillations of the "p" type, this number is equal to N / 2, i.e. half the number of resonators. The whole picture of the distribution of electrons will take the form shown below in one of the drawings.

Действительно, под действием тангенциальной составляющей Et электроны, находящиеся в тормозящем поле резонатора будут уменьшать свою скорость (так называемые полезные электроны), а электроны, находящиеся под резонаторами - увеличивают и, получив добавочную скорость, возвращаются на катод. В результате этого в сплошном электронном потоке автоматически образуются области сгущения и разряжения электронов, т.е. происходит первичная (и основная) сортировка электронов. Под действием радиальной составляющей происходит дополнительная, так называемая фазовая фокусировка электронов, находящихся в тормозящем переменном электрическом поле резонатора.Indeed, under the action of the tangential component Et, the electrons in the decelerating field of the resonator will decrease their velocity (the so-called useful electrons), and the electrons under the resonators will increase and, having received an additional velocity, return to the cathode. As a result of this, regions of condensation and rarefaction of electrons are automatically formed in the continuous electron flow, i.e. there is a primary (and basic) sorting of electrons. Under the action of the radial component, an additional, so-called phase focusing of electrons occurs in the decelerating alternating electric field of the resonator.

Под действием тангенциальной составляющей будет происходить торможение электронов, благодаря чему электрическое поле резонатора будет пополняться энергией и в резонаторе будут поддерживаться незатухающие колебания. При дальнейшем движении электронный поток будет пополнять энергией колебательную систему лишь в том случае, если «спицы» будут достигать соседних резонаторов, когда поле этих резонаторов будет тормозящим. Очевидно, для этого требуется соответствующий выбор переносной скорости электронов n_e.Under the action of the tangential component, electrons will be decelerated, due to which the electric field of the resonator will be replenished with energy and sustained oscillations will be maintained in the resonator. With further movement, the electron flow will replenish the vibrational system with energy only if the "spokes" reach neighboring resonators when the field of these resonators is decelerating. Obviously, this requires an appropriate choice of the transfer electron velocity n _e .

Необходимая величина переносной скорости зависит от периода генерируемых колебаний, сдвига фаз в соседних резонаторах и расстояния между соседними резонаторами. Для противофазного вида колебаний, основного вида колебаний в современных магнетронах, электронные спицы должны проходить расстояние от одного резонатора до соседнего с ним за время, равное половине периода генерируемых колебаний. Это и есть условие синхронизма, или фазовое условие самовозбуждения магнетрона. Условие синхронизма осуществляется необходимым подбором величин электрического и магнитного полей в магнетроне. Так как магнит у магнетрона обычно постоянный, то регулировка эта осуществляется только изменением анодного напряжения.The required value of the transport speed depends on the period of the generated oscillations, the phase shift in adjacent resonators and the distance between adjacent resonators. For the antiphase mode of oscillation, the main mode of oscillation in modern magnetrons, the electron spokes must travel the distance from one resonator to the adjacent one in a time equal to half the period of the generated oscillations. This is the condition of synchronism, or the phase condition of self-excitation of the magnetron. The synchronism condition is realized by the necessary selection of the values of the electric and magnetic fields in the magnetron. Since the magnetron of a magnetron is usually constant, this adjustment is carried out only by changing the anode voltage.

Вывод: таким образом, переменное электрическое поле как бы сортирует электроны на полезные и вредные. Вредные электроны быстро удаляются из пространства взаимодействия обратно на катод, отбирая при этом часть энергии у резонаторов. Полезные же электроны отдают резонаторам больше энергии, чем отнимают вредные, так как полезные электроны находятся в пространстве взаимодействия значительно дольше, поддерживая тем самым возникшие колебания в магнетроне незатухающими.Conclusion: thus, the alternating electric field sort of sorts the electrons into useful and harmful. Harmful electrons are quickly removed from the interaction space back to the cathode, taking away some of the energy from the resonators. Useful electrons give more energy to resonators than take away harmful ones, since useful electrons stay in the interaction space much longer, thereby maintaining the resulting oscillations in the magnetron undamped.

Обычно магнитная индукция составляет от 0,1 до 0,5 Тл. Для импульсной работы в дециметровом диапазоне магнетроны строят на мощность в десятки тысяч киловатт, а в сантиметровом - в тысячи киловатт. В самых мощных магнетронах анодное напряжение в импульсе достигает десятков киловольт, а анодный ток - сотен ампер. Магнетроны для непрерывного режима имеют мощность в десятки киловатт на дециметровых волнах и в единицы киловатт - на сантиметровых. В мощных магнетронах применяется принудительное, воздушное или водяное охлаждение. КПД мощных магнетронов может быть 70% и даже выше при работе в дециметровом диапазоне, в сантиметровом диапазоне 30-60%.Typically, the magnetic induction is between 0.1 and 0.5 Tesla. For pulsed operation in the decimeter range, magnetrons are built for a power of tens of thousands of kilowatts, and in the centimeter range, of thousands of kilowatts. In the most powerful magnetrons, the anode voltage in a pulse reaches tens of kilovolts, and the anode current reaches hundreds of amperes. Magnetrons for continuous operation have a power of tens of kilowatts at decimeter waves and in units of kilowatts at centimeter waves. Powerful magnetrons use forced, air or water cooling. The efficiency of high-power magnetrons can be 70% and even higher when working in the decimeter range, in the centimeter range 30-60%.

«Раскрытие изобретения»"Disclosure of invention"

Технический результат изобретения заключается в увеличении вырабатываемой мощности и КПД, исключения необходимости в первичном запуске и упрощения конструкции.The technical result of the invention consists in increasing the generated power and efficiency, eliminating the need for initial start-up and simplifying the design.

Для осуществления технического результата предложен радиоизотопный источник переменного электрического тока, представляющий собой эмиттер заряженных частиц и резонаторную систему, помещенные в вакуумную камеру, причем в нем применена резонаторная система магнетронного типа, в которой роль катода выполняет эмиттер, и которая выполнена с возможностью преобразования кинетической энергии испускаемых в случайные моменты времени эмиттером заряженных частиц в переменный высокочастотный ток, а также с возможностью полезного использования радиальной и тангенциальной составляющих скорости сгруппированных резонатором заряженных частиц, при этом два электростатических отражателя, установленные параллельно плоскости резонансной системы с обеих сторон от нее, выполнены с возможностью подавления аксиальной составляющей.To implement the technical result, a radioisotope source of alternating electric current is proposed, which is an emitter of charged particles and a resonator system placed in a vacuum chamber, and it uses a magnetron-type resonator system, in which the role of the cathode is played by the emitter, and which is configured to convert the kinetic energy of the emitted at random times by the emitter of charged particles into an alternating high-frequency current, as well as with the possibility of useful use of the radial and tangential components of the velocity of charged particles grouped by the resonator, while two electrostatic reflectors installed parallel to the plane of the resonant system on both sides of it are made with the possibility of suppressing the axial component.

Согласно настоящему изобретению эмиттер может быть замкнут по постоянному току с резонансной системой.According to the present invention, the emitter can be DC-coupled with a resonant system.

Согласно настоящему изобретению между эмиттером и резонансной системой может быть приложено высокое постоянное напряжение от внешнего источника, предпочтительно от атомной батареи.According to the present invention, a high DC voltage from an external source, preferably from an atomic battery, can be applied between the emitter and the resonant system.

Согласно настоящему изобретению электростатические экраны, выполненные с возможностью подавления аксиальной составляющей скорости заряженных частиц, могут быть установлены с возможностью получения электрического заряда от оседающих на них заряженных частиц.According to the present invention, electrostatic screens made with the possibility of suppressing the axial component of the velocity of charged particles can be installed with the possibility of receiving an electric charge from the charged particles deposited on them.

Согласно настоящему изобретению электростатические экраны могут быть выполнены с возможностью получения заряда от отдельного внешнего источника, предпочтительно от атомной батареи.According to the present invention, electrostatic screens can be configured to receive charge from a separate external source, preferably from an atomic battery.

Согласно настоящему изобретению радиоизотопный источник переменного электрического тока может быть выполнен с возможностью использования заряженных частиц, образующих при нейтрализации своего заряда атомы газов, и для поддержания вакуума в рабочей камере, содержащей встроенный вакуум-насос.According to the present invention, a radioisotope source of alternating electric current can be configured to use charged particles that form gas atoms when neutralizing their charge and to maintain a vacuum in a working chamber containing a built-in vacuum pump.

Согласно настоящему изобретению радиоизотопный источник переменного электрического тока может содержать шлюзовое устройство для замены эмиттера после снижения интенсивности испускания им заряженных частиц вследствие распада большей части активного материала.According to the present invention, the radioisotope source of alternating electric current may comprise a sluice device for replacing the emitter after the emission of charged particles has decreased due to the decay of most of the active material.

«Краткое описание чертежей»"Brief Description of Drawings"

На Фиг. 1. представлена атомная батарея по Патенту US 2552050;FIG. 1. an atomic battery according to US Pat. No. 2,552,050 is presented;

На Фиг 2. показано влияние напряженности магнитного поля на траекторию движение электронов. Здесь а - форма движения почти прямолинейная; б и в - форма движения криволинейная при усилении напряженности магнитного поля; г - форма движения круговая и электроны возвращаются на катод;Figure 2. shows the influence of the magnetic field strength on the trajectory of the movement of electrons. Here a - the form of motion is almost rectilinear; b and c - the form of movement is curvilinear with increasing magnetic field strength; d - the form of motion is circular and the electrons return to the cathode;

На Фиг. 3 представлен процесс автоматического группирования электронов в магнетроне в результате взаимодействия с переменным электрическим полем резонаторов;FIG. 3 shows the process of automatic grouping of electrons in a magnetron as a result of interaction with an alternating electric field of resonators;

На Фиг. 4 показано формирование электронных потоков, напоминающих «спицы колеса»;FIG. 4 shows the formation of electron streams resembling "wheel spokes";

На Фиг. 5 схематично показана предлагаемая конструкция радиоизотопного источника переменного электрического тока.FIG. 5 schematically shows the proposed design of a radioisotope source of alternating electric current.

«Осуществление изобретения»"Implementation of the invention"

В изобретении раскрываются детали, представленные на фиг. 5.The invention discloses the details shown in FIG. 5.

Радиоизотопный источник переменного электрического тока содержит вакуумную камеру 1 цилиндрической формы, помещенную в зазор магнитопровода 2, причем полюса магнитопроводы являются торцами этой камеры 1. Кольцевая стенка камеры выполнена из немагнитного материала. В камере концентрично расположены эмиттер 3, выполненный из фольги бета-излучающего металла, предпочтительно Церия-144, Прометия-147, Тулия-170, или подобных чистых бета-излучателей, толщиной порядка длины свободного пробега бета-частиц в данном металле и два резонатора 4 и 5 магнетронного типа. Внутренний резонатор 5 расположен в центре камеры и его резонаторные полости 6 открываются от центра к периферии, а наружный резонатор 4 окружает эмиттер 3 и его резонаторные полости 7 открываются в направлении к центру.The radioisotope source of alternating electric current contains a cylindrical vacuum chamber 1 placed in the gap of the magnetic circuit 2, and the poles of the magnetic circuits are the ends of this chamber 1. The annular wall of the chamber is made of non-magnetic material. An emitter 3 made of a foil of a beta-emitting metal, preferably Cerium-144, Promethium-147, Thulium-170, or similar pure beta emitters, with a thickness of the order of the free path of beta particles in this metal, and two resonators 4 are arranged concentrically in the chamber. and 5 of the magnetron type. The internal resonator 5 is located in the center of the chamber and its resonator cavities 6 open from the center to the periphery, and the external resonator 4 surrounds the emitter 3 and its resonator cavities 7 open toward the center.

Вывод электромагнитной энергии из резонаторов осуществляется двумя петлями 8 и 9, установленными соответственно в одной из полостей 6 и одной из полостей 7. Электромагнитная энергия, выведенная петлями 8 и 9 преобразуется трансформатором 10 и передается в нагрузку 11, при необходимости через выпрямитель 12.The output of electromagnetic energy from the resonators is carried out by two loops 8 and 9, installed respectively in one of the cavities 6 and one of the cavities 7. The electromagnetic energy outputted by the loops 8 and 9 is converted by the transformer 10 and transferred to the load 11, if necessary through the rectifier 12.

В зазоре, между полюсами магнитопровода 2 и торцами резонаторов 4 и 5 установлены электростатические отражатели 13, находящиеся под высоким отрицательным потенциалом относительно эмиттера 3.In the gap, between the poles of the magnetic circuit 2 and the ends of the resonators 4 and 5, electrostatic reflectors 13 are installed, which are at a high negative potential relative to the emitter 3.

Осевой размер резонаторов 4 и 5 лимитирован напряженностью магнитного поля, которая должна быть максимально возможной для повышения эффективности источника.The axial size of resonators 4 and 5 is limited by the magnetic field strength, which should be as high as possible to increase the efficiency of the source.

Источник работает следующим образом.The source works as follows.

В вакуумированном корпусе 1 между полюсами магнитопровода 2 размещены резонаторы магнетронного типа, наружный 4 и внутренний 5, между которыми установлен эмиттер 3, в виде кольца из фольги β-активного металла.In the evacuated housing 1, between the poles of the magnetic circuit 2, there are magnetron-type resonators, outer 4 and inner 5, between which an emitter 3 is installed, in the form of a ring made of β-active metal foil.

Испущенные эмиттером 3 в направлении резонатора 4 (преимущественно тангенциально, в плоскости резонатора) бетта-частицы 14 перемещаются в электромагнитном поле, создаваемом резонатором 4 и отдают ему свою энергию. Аналогично происходит передача энергии бета-частиц 15 резонатору 5.Beta particles 14 emitted by the emitter 3 towards the resonator 4 (mainly tangentially, in the plane of the resonator) move in the electromagnetic field created by the resonator 4 and give it their energy. The transfer of energy of beta particles 15 to resonator 5 occurs in a similar way.

Бэтта-частицы 16, испущенные преимущественно в аксиальном направлении к резонатору 4, отталкиваются отражателем 13 возвращаются в зазор между эмиттером 3 и резонатором 4. Аналогично возвращаются бета-частицы 17 в зазор между эмиттером 3 и резонатором 5. При этом возвращенные частицы 16 и 17 передают энергию резонаторам 4 и 5.Beta particles 16, emitted mainly in the axial direction to resonator 4, are repelled by reflector 13 and return to the gap between emitter 3 and resonator 4. Similarly, beta particles 17 return to the gap between emitter 3 and resonator 5. In this case, the returned particles 16 and 17 transmit energy to resonators 4 and 5.

Электромагнитная энергия, полученная резонаторами передается в нагрузку 11 через петлю связи 8, расположенную в одной из камер 6 внутреннего резонатора и петлю связи 9, расположенную в одной из камер внешнего резонатора 7 и далее через согласующий трансформатор 10 в нагрузку 11.The electromagnetic energy received by the resonators is transferred to the load 11 through the coupling loop 8 located in one of the chambers 6 of the internal resonator and the coupling loop 9 located in one of the chambers of the external resonator 7 and then through the matching transformer 10 to the load 11.

Для нейтрализации заряда, переносимого испущенными эмиттером 3 заряженными частицами на резонаторы 4 и 5, эмиттер и резонаторы замкнуты между собой по постоянному току через петли связи 8 и 9, и первичную обмотку трансформатора 10.To neutralize the charge carried by the charged particles emitted by the emitter 3 to resonators 4 and 5, the emitter and resonators are closed with each other in direct current through coupling loops 8 and 9, and the primary winding of the transformer 10.

Claims

1. Radioisotope source of alternating electric current, which is an emitter made of beta-emitting metal, acting as a cathode and a magnetron-type resonator system, which is an anode, placed in a vacuum chamber located in the gap of the magnetic circuit, characterized in that the cathode is made in the form of a foil ring and is concentrically installed between the external and internal magnetron resonators, the resonator cavities of which open towards each other, and two electrostatic reflectors are installed in the gap between the poles of the magnetic circuit and the ends of the resonators.

2. The source of claim. 1, characterized in that the emitter is closed on direct current with the resonator system.

3. A source according to claim 1, characterized in that a high DC voltage from an external source, preferably from an atomic battery, is applied between the emitter and the resonant system.

4. A source according to claim 1, characterized in that the electrostatic screens suppressing the axial component of the charged particle velocity are isolated from the anode and cathode.

5. The source of claim. 1, characterized in that the electrostatic screens are connected to a separate external source, preferably to a nuclear battery.

6. The source of claim. 1, characterized in that to maintain the vacuum, the working chamber is connected with a built-in vacuum pump.

7. Source on PP. 1 and 6, characterized in that it contains a gateway device for replacing the emitter.