Die thermionische Diode als Direktumwandler von Wärme in elektrische Energie

Unter einem "Thermionischen Energiewandler" $^{+)}$ wollen wir eine Maschine verstehen, mit deren Hilfe Wärme in elektrische Energie umgesetzt wird. Sie unterscheidet sich von konventionellen derartigen Maschinen dadurch, daß diese Umsetzung direkt, d. h. also ohne eine Verwendung mechanischer Energie (z.B. Turbine) als Zwischenstufe, vor sich geht.Dies ist möglich, weil das Arbeitsmedium im Gegensatz zu dem konventioneller Maschinen nicht neutral ist (Wasserdampf), sondern aus einem Elektronengas besteht. Die Maschine besteht aus zwei metallischen Elektroden im Vakuum oder in einem Gas niederen Druckes (Diode). Wärme wird bei hoher Temperatur der einen Elektrode, dem sog. Emitter (oder Kathode) zugeführt, welche Elektronen aus ihrer Oberfläche emittiert. Diese Elektronen werden über einen Zwischenraum zu einer kälteren Elektrode, dem Kollektor (oder Anode) transportiert,an deren Oberfläche sie kondensieren; die hierbei entstehende Wärme wird bei der tieferen Temperatur abgeführt. Die Differenzzwischen zugeführter und abgeführter Wärme erscheint - von den Verlusten abgesehen - als elektrische Energie an den Anschlüssender Elektroden $^{++)}$

Energiewandlung mit thermionischen Dioden

Für jede Art von Erdsatelliten und Raumflugkörpern wird eine Versorgung mit elektrischer Energie benötigt: sei es für den Betrieb der an Bord befindlichen Steuer- und Meßgeräte, sei es vielleicht auch für den Antrieb des Raumflugkörpers selbst. Es werden hierfür Elektrizitätsquellen benötigt, die kompakt, leicht, möglichst ohne sich drehende Teile, vor allem aber langlebig und wartungsfrei sind. Die erforderlichen elektrischen Leistungen sind zur Zeit noch relativ klein, werden aber vermutlich im Laufe der Zeit wachsen. Der Sputnik im Jahre 1955 hatte einen Leistungsbedarf von einigen Watt, die heutigen Nachrichten-Satelliten benötigen einige 100 Wattund für spätere Raumstationen oder Fernsehsatelliten, die uns ein Fernsehprogramm direkt zustrahlen, muß man mit einem Bedarf von 100 Kilowatt elektrischer Leistung und mehr rechnen (Abb. 1). Als primäre Wärmequellen für derartige Anwendungen bieten sich Kernreaktoren an, weil sie die eben erwähnten Forderungen gut erfüllen. Es gibt heute bereits Kleinreaktoren mit passender thermischer Leistung. Ein Energiewandlungssystem, das in einen solchen Reaktor außerordentlich gut paßt, (obgleich es natürlich auch anders als nuklear beheizt werden kann) weil es, wie wir noch sehen werden, sich direkt in den Reaktor einbauen läßt, ist der sogenannte $\underline{Thermionische Konverter}$. Thermionik-Reaktorsysteme werden als Energiequellen für Raumfahrzeugeund Satelliten in einigen Jahren sicherlich eine große Rolle spielen