一台循环热引擎，其最大效率受到卡诺定律限制。它是一种低压大电流装置，在1-2伏电压下，电流密度达到25-50(安培/厘米)。如果锅炉的竖管是热离子发生器的阴极和阳极，且里面充满电离铯蒸汽的话，则高温气体的能量就可部分转化为电能。主要关注的表面性质是功函数，它是限制表面电子发射电流的屏障，本质上是表面电子的汽化热，功函数主要由吸附在电极表面的一层铯原子所决定；电极间等离子体的性质则由热离子转换器的工作模式所决定：点燃(或“电弧”)模式下，等离子体通过热等离子体电子(~3300 K)的内部电离来维持；未点火