جایروترون

ژیروترون یک کلاس از لوله های خلا پرتو خطی با قدرت بالا است که با تشدید سیکلوترون الکترونها در یک میدان مغناطیسی قوی ، امواج الکترومغناطیسی موج میلی متر تولید می کند. فرکانسهای خروجی از حدود 20 تا 527 گیگاهرتز متغیر است ، طول موجها را از مایکروویو تا لبه شکاف تراهرتز را پوشش می دهد. توان خروجی معمولی از دهها کیلووات تا 1 تا 2 مگاوات متغیر است. Gyrotrons را می توان برای عملکرد پالس یا مداوم طراحی کرد. ژیرترون توسط دانشمندان شوروی  در NIRFI ، مستقر در نیژنی نووگورود ، روسیه اختراع شد.

ژیروترون نوعی دستگاه میزر الکترون آزاد است که با تشدید سیکلوترون الکترونها که در یک میدان مغناطیسی قوی حرکت می کنند ، تابش الکترومغناطیسی با فرکانس بالا ایجاد می کند. این می تواند قدرت بالایی در طول موج میلی متر تولید کند زیرا ابعاد آن به عنوان یک موج سریع می تواند بسیار بیشتر از طول موج تابش باشد. این برخلاف لوله های خلاء معمولی مایکروویو مانند کلیسترون و مگنترون است ، که در آنها طول موج توسط یک حفره رزونانس تک حالته ، ساختار موج آهسته تعیین می شود و بنابراین با افزایش فرکانس های عملکرد ، ساختار حفره رزونانس باید کاهش یابد. توانایی انتقال قدرت آنها را محدود می کند.

در ژیرترون یک رشته داغ در یک تفنگ الکترونی در یک سر لوله ، یک پرتو الکترون حلقوی (توخالی توخالی) از خود ساطع می کند ، که توسط یک آند با ولتاژ بالا شتاب می گیرد و سپس از طریق یک ساختار حفره رزونانس لوله ای بزرگ در یک لوله حرکت می کند. میدان مغناطیسی محوری قوی ، معمولاً توسط آهنربای ابررسانا در اطراف لوله ایجاد می شود. این میدان باعث می شود که الکترونها به صورت مارپیچ در حلقه های تنگ در اطراف خطوط میدان مغناطیسی حرکت کنند و در طول لوله از طول عبور کنند. در موقعیتی در لوله که میدان مغناطیسی به حداکثر خود می رسد ، الکترونها امواج الکترومغناطیسی را در جهت عرضی (عمود بر محور لوله) در فرکانس رزونانس سیکلوترون خود تابش می کنند. تابش میلیمتری امواج ایستاده را در لوله ایجاد می کند که به عنوان یک حفره تشدید کننده باز عمل می کند و به صورت یک پرتو تبدیل می شود که از طریق یک پنجره در کنار لوله به یک موجبر تبدیل می شود. پرتو الکترونی مصرف شده توسط یک الکترود جمع کننده در انتهای لوله جذب می شود.

همانند سایر لوله های مایکروویو پرتو خطی ، انرژی امواج الکترومغناطیسی خروجی از انرژی جنبشی پرتوی الکترون ناشی می شود که ناشی از افزایش ولتاژ آند است. در منطقه قبل از حفره رزونانس که قدرت میدان مغناطیسی در حال افزایش است ، پرتو الکترون را فشرده می کند و سرعت رانش طولی را به سرعت مداری عرضی تبدیل می کند ، در روندی مشابه آنچه در آینه مغناطیسی مورد استفاده در محدوده پلاسما اتفاق می افتد. سرعت مداری الکترونها 1.5 تا 2 برابر سرعت پرتو محوری آنها است. به دلیل ایستادن امواج در حفره تشدید ، الکترون ها "دسته" می شوند. یعنی فاز آنها منسجم (همگام) می شود بنابراین همه آنها در یک نقطه در مدار خود به طور همزمان قرار دارند. بنابراین ، آنها تابش منسجمی از خود ساطع می کنند.

سرعت الکترون در یک ژیروترون کمی نسبی است (به ترتیب اما نه نزدیک به سرعت نور). این با لیزر الکترون آزاد (و xaser) که بر روی اصول مختلف کار می کنند و الکترون های آنها بسیار نسبیتی هستند ، متضاد است.