열전자발전

요약 고온으로 가열된 물질로부터의 열전자방출을 이용하는 발전.

원리는 같은 종류 또는 서로 다른 종류의 금속판을 마주 보게 하여 한쪽을 고온(高溫), 다른 한쪽을 저온으로 유지하면 전자군(電子群)의 평형압력차이로 인해 전자가 고온금속(음극)에서 저온금속(양극) 쪽으로 흐르게 되는 현상을 이용한 것이다. 그러나 열전자발전의 효율을 실용성이 있는 정도로 높이기 위해서는 열전자 방사체(放射體)가 전기의 양도체(良導體)인 동시에 열전도율이 낮은 물질이어야 하며, 고온부와 저온부 사이의 접속부면(接續部面)에서 생기는 내부저항증가를 억제할 수 있어야 한다. 이 중 내부저항증가 문제는 세슘 증기를 주입, 세슘플라스마에 의해 전기의 전도성을 높임과 동시에 전자의 공간밀도를 제한함으로써 해결이 가능하지만 방사체의 재료개발은 많은 문제점들이 있다.

열전자발전기는 소형 ·경량 제작이 가능하고 움직이는 부분이 없으며 진동 등의 문제점이 없기 때문에 태양열 ·방사성 동위원소 ·원자로 등을 열원(熱源)으로 하는 우주용(宇宙用) 발전기로 사용하는 것이 연구되고 있는데, 특히 원자로 열을 이용할 경우는 연료 자체를 고온부(음극)로 쓸 수 있는 이점이 있다. 1994년 현재 열전자 발전기는 실용화를 위한 시험제작 단계에 있으며, 최대효율 15~20 %(열전자발전의 이론적 열효율은 25~30 %임), 최대출력 10~20 W/cm² 정도의 것이 제작되고 있다.