Горбунов Н.А. Семинар теоротдела 21 декабря 2021 г.

Название: Моделирование плазменного фотоэлектрического преобразователя сфокусированного солнечного излучения Докладчик(и): Горбунов Николай Аркадьевич (Государственный университет морского и речного транспорта им. адмирала С.О. Макарова, Санкт-Петербург) Дата, время проведения: 21 декабря 2023 г. (четверг) в 11:00 Аннотация. 1. Первое экспериментальное наблюдение фотовольтаического эффекта в плазме паров натрия, индуцированного резонансным лазерным излучением. 2. Начальное моделирование показало, что фото ЭДС возникает в результате формирования амбиполярного поля в неоднородной плазме. 3. Предложено двухсекционное устройство для прямого плазменного фотоэлектрического преобразования (ПФЭП) сфокусированного солнечного излучения на основе тепловой трубы. Выбор рабочего давления. Положительная роль термоэмиссии электронов с катода. Фактически, предложенное устройство объединяет формирование фото ЭДС как сумму амбиполярного поля в квазинейтральной плазме и пристеночных скачков потенциала в области нарушения квазинейтральности плазмы (работы Протасова Ю.С., Жеребцова В.А. и др. по разработке термоэмиссионного преобразователя энергии лазерного излучения). 4. Моделирование кинетики электронов. А) Оптимальное распределение плотности паров натрия в анодной области ПФЭП; Б) Определяющая роль градиента температуры электронов в катодной области ПФЭП, что приводит к значительному уменьшению энергии на поддержание плазмы (10 Вт/см^2) и увеличению кпд до 30 %. 5. Моделирование уравнения баланса энергии тяжелых частиц: А) Учет плазмохимических реакций в балансе энергии тяжелых частиц. Показано, что диссоциации молекулярных ионов натрия, рождающихся в реакции ассоциативной ионизации, приводит к образованию внутреннего переходного слоя, который характеризуется максимальным градиентом температуры во внутренних областях плазмы и уменьшением градиента вблизи стенки катода. Это позволяет создать оптимальные условия, в которых поток тепла, выносимый на стенку катода за счет теплопроводности нейтрального газа, соответствует затратам на термоэмиссию электронов. Б) Показана важная роль температуры стенки катода в формировании внутреннего слоя. 6. План дальнейшей работы: А) Эксперимент по подтверждению концепции ПФЭП с использованием имитаторов сфокусированного солнечного излучения на основе газоразрядных ламп высокого давления. Б) Теоретическое моделирование: анализ пристеночного слоя плазмы, который отделяет стенку катода от ЛТР плазмы; анализ неравновесного слоя вблизи анода с учетом неравновесного вида функции распределения электронов по энергии предсказывает возможность значительного увеличения кпд; анализ переходной области между катодом и анодом, который характеризуется наличием аэрозольной компоненты. 7. Значимость проекта: А) Для России – разработка новой технологии в возобновляемой энергетике важна для технологического суверенитета. Необходимость патентования основных узлов устройства после проведения первых экспериментов. Б) Для всего плазменного сообщества – этот проект даст импульс развития наиболее значимым областям исследования низкотемпературной плазмы: нелокальная кинетика электронов (анодный слой), неравновесная плазмы (катодный слой), аэрозольная плазма в переходной области между катодом и анодом. В) Для автора проекта – возможность применения своего экспериментального опыта для реализации значимого проекта.