איך המגנטרון עובד ופועל
Magnetron - מכשיר אלקטרוני מיוחד בו יצירת תנודות בתדר גבוה במיוחד (תנודות מיקרוגל) מתבצעת על ידי אפנון זרימת האלקטרונים מבחינת מהירות. מגנטרונים הרחיבו מאוד את תחום היישום של חימום עם זרמים בתדר גבוה ואולטרה גבוה.
אמפליטרון (פלטינוטרונים), קליסטרון ומנורות גל נודדות המבוססות על אותו עיקרון פחות נפוצים.
המגנטרון הוא הגנרטור המתקדם ביותר של תדרי מיקרוגל בהספק גבוה. זוהי מנורה שפונתה היטב עם אלומת אלקטרונים הנשלטת על ידי שדה חשמלי ומגנטי. הם מאפשרים להשיג גלים קצרים מאוד (עד שברירי סנטימטר) בהספקים משמעותיים.
מגנטרונים משתמשים בתנועה של אלקטרונים בשדות חשמליים ומגנטיים ניצבים זה לזה שנוצרים במרווח הטבעתי בין הקתודה לאנודה. מתח אנודי מופעל בין האלקטרודות, היוצר שדה חשמלי רדיאלי שבהשפעתו ממהרים האלקטרונים שהוסרו מהקתודה המחוממת אל האנודה.
בלוק האנודה ממוקם בין הקטבים של אלקטרומגנט, היוצר שדה מגנטי במרווח הטבעתי המכוון לאורך ציר המגנטרון. בהשפעת שדה מגנטי, האלקטרון סוטה מהכיוון הרדיאלי ונע לאורך מסלול ספירלי מורכב. ברווח שבין הקתודה לאנודה נוצר ענן אלקטרוני מסתובב עם לשונות, המזכיר את הרכזת של גלגל עם חישורים. עפים על פני החריצים של מהודים של חלל האנודה, האלקטרונים מעוררים בהם תנודות בתדר גבוה.
אורז. 1. בלוק אנודה מגנטרון
כל אחד מתהודי החלל הוא מערכת נדנדה עם פרמטרים מבוזרים. השדה החשמלי מרוכז בחריצים והשדה המגנטי מרוכז בתוך החלל.
אנרגיית הפלט מהמגנטרון מתממשת באמצעות לולאה אינדוקטיבית הממוקמת באחד או יותר בשני מהודים סמוכים. הכבל הקואקסיאלי מספק כוח לעומס.
אורז. 2. מכשיר מגנטרון
חימום באמצעות זרמי מיקרוגל מתבצע במובילי גל בעלי חתך עגול או מלבני או במהודים נפח בהם גלים אלקטרומגנטיים הצורות הפשוטות ביותר TE10 (H10) (במוליכי גל) או TE101 (בתהודי חלל). חימום יכול להתבצע גם על ידי פליטת גל אלקטרומגנטי לעצם המחמם.
מגנטרונים מופעלים על ידי זרם מתוקן עם מעגל מיישר פשוט. יחידות הספק נמוך מאוד יכולות להיות מופעלות באמצעות AC.
מגנטרונים יכולים לפעול בתדרים שונים מ-0.5 עד 100 גיגה-הרץ, עם הספקים מכמה W עד עשרות קילוואט במצב רציף ומ-10 ואט עד 5 מגה-וואט במצב פולס עם משכי פולסים בעיקר משברים ועד עשרות מיקרו-שניות.
אורז. 2. מגנטרון במיקרוגל
פשטות המכשיר והעלות הנמוכה יחסית של מגנטרונים, בשילוב עם עוצמת חימום גבוהה ויישומים מגוונים של זרמי מיקרוגל, פותחים סיכויים גדולים לשימושם בתחומי תעשייה שונים, חקלאות (למשל, מתקני חימום דיאלקטרי) ובבית (תנור מיקרוגל).
פעולת מגנטרון
אז זה המגנטרון מנורה חשמלית עיצוב מיוחד המשמש ליצירת תנודות בתדר גבוה במיוחד (בטווח גלי דצימטר וסנטימטר). המאפיין שלו הוא שימוש בשדה מגנטי קבוע (ליצירת הנתיבים הדרושים לתנועת אלקטרונים בתוך המנורה), החל מ. שהמגנטרון קיבל את שמו.
המגנטרון הרב-חדרי, שהרעיון שלו הוצע לראשונה על ידי M. A. Bonch-Bruevich ובוצע על ידי המהנדסים הסובייטים D. E. Malyarov ו- N. F. Alekseev, הוא שילוב של צינור אלקטרוני עם מהודים בנפח. ישנם כמה מתהודי חלל אלה במגנטרון, וזו הסיבה שסוג זה נקרא רב-חלל או רב-חלל.
עקרון התכנון והתפעול של מגנטרון רב-חדרי הוא כדלקמן. האנודה של המכשיר היא גליל חלול מסיבי, שבמשטח הפנימי שלו עשויים מספר חללים עם חורים (חללים אלה הם מהודים לנפח), הקתודה ממוקמת לאורך ציר הגליל.
המגנטרון ממוקם בשדה מגנטי קבוע המכוון לאורך ציר הגליל. אלקטרונים הבורחים מהקתודה בצד השדה המגנטי הזה מושפעים מ כוח לורנץ, אשר מכופף את נתיב האלקטרונים.
השדה המגנטי נבחר כך שרוב האלקטרונים נעים בשבילים מעוקלים שאינם נוגעים באנודה. אם מופיעות מצלמות המכשיר (תהודה חלל). רעידות חשמליות (תנודות קטנות בנפחים מתרחשות תמיד מסיבות שונות, למשל, כתוצאה מהפעלת מתח האנודה), אז קיים שדה חשמלי לסירוגין לא רק בתוך החדרים, אלא גם בחוץ, ליד החורים (חריצים).
אלקטרונים שטסים ליד האנודה נופלים לתוך שדות אלה, ובהתאם לכיוון השדה, מאיצים או מאטים בהם. כאשר אלקטרונים מואצים על ידי שדה, הם לוקחים אנרגיה מהתהודה, להיפך, כאשר הם מואטים, הם מוותרים על חלק מהאנרגיה שלהם לתהודה.
אם מספר האלקטרונים המואצים והמואטים היה זהה, אז בממוצע הם לא היו נותנים אנרגיה לתהודה. אבל האלקטרונים, המואטים, הם בעלי מהירות נמוכה יותר מזו שהם מקבלים כאשר הם עוברים לאנודה. לכן, אין להם עוד מספיק אנרגיה לחזור לקתודה.
להיפך, לאותם אלקטרונים שהואצו על ידי שדה התהודה יש אז אנרגיה גדולה מזו הנדרשת כדי לחזור לקתודה. לכן, אלקטרונים הנכנסים לשדה של המהוד הראשון מואצים בו, יחזרו אל הקתודה, ואלו המואטים בה לא יחזרו אל הקתודה, אלא ינועו בשבילים מעוקלים ליד האנודה ויפולו. לתחום המהודים הבאים.
במהירות תנועה מתאימה (שקשורה איכשהו לתדירות התנודות במהודים), האלקטרונים הללו יפלו לשדה של המהוד השני עם אותו שלב של תנודות כמו בשדה של המהוד הראשון, לכן , בשדה המהוד השני, הם גם יאטו.
לפיכך, עם בחירה מתאימה של מהירות אלקטרונים, כלומר.מתח האנודה (כמו גם השדה המגנטי, שאינו משנה את מהירות האלקטרון, אלא משנה את כיוונו), ניתן להשיג מצב כזה שאלקטרון בודד יואץ על ידי השדה של מהוד אחד בלבד, או מואט על ידי השדה של כמה מהודים.
לכן האלקטרונים יתנו בממוצע יותר אנרגיה למהודים ממה שהם ייקחו מהם, כלומר התנודות המתרחשות במהודים יגדלו ובסופו של דבר ייווצרו בהם תנודות משרעת קבועה.
תהליך שמירה על תנודות במהודים, הנחשב על ידינו בצורה פשוטה, מלווה בתופעה חשובה נוספת, שכן אלקטרונים, כדי להיות מואטים על ידי שדה המהוד, חייבים לעוף לשדה זה בשלב מסוים של תנודה. של המהוד, ברור שהם חייבים לנוע בזרימה לא אחידה (אז הם היו נכנסים לשדה התהודה בכל זמן, לא בזמנים מסוימים, אלא בצורה של צרורות בודדים.
לשם כך, כל זרם האלקטרונים חייב להיות כמו כוכב, שבו האלקטרונים נעים פנימה באלומות נפרדות, והכוכב כולו מסתובב סביב ציר המגנטרון במהירות כזו שהאלומות שלו נכנסות לכל תא ב את הרגעים הנכונים. תהליך היווצרותן של אלומות נפרדות בקרן האלקטרונים נקרא מיקוד פאזה ומתבצע אוטומטית תחת פעולת השדה המשתנה של המהודים.
מגנטרונים מודרניים מסוגלים ליצור רעידות עד לתדרים הגבוהים ביותר בטווח הסנטימטרים (גלים עד 1 ס"מ ואף קצרים יותר) ולהעניק הספק של עד כמה מאות וואט בקרינה רציפה וכמה מאות קילוואט בקרינה פעימה.