जाइरोट्रॉन

एक  gyrotron  उच्च-शक्ति वाले रैखिक-बीम  वैक्यूम ट्यूब  s का एक वर्ग है जो   Cyclotron resonance  ]] ]] के    मिलीमीटर-लहर  विद्युत चुम्बकीय तरंगों को एक मजबूत   चुंबकीय क्षेत्र  में उत्पन्न करता है।आउटपुट    फ़्रीक्वेंसी  रेंज लगभग 20 से 527   गीगाहर्ट्ज  तक   माइक्रोवेव  से   टेरेहर्ट्ज़ गैप  के किनारे तक तरंग दैर्ध्य को कवर करना।विशिष्ट आउटपुट    पावर  एस रेंज   किलोवाट  एस से 1-2   मेगावाट  एस से।Gyrotrons को स्पंदित या निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।गायरोट्रॉन का आविष्कार    सोवियत वैज्ञानिकों में किया गया था]  [[ रेडियोफिजिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट |  NIRFI  में,   Nizhny Novgorod,   रूस  में स्थित है।

सिद्धांत
का आरेख

Gyrotron एक प्रकार का मुक्त-इलेक्ट्रॉन  MASER  है जो एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से आगे बढ़ने वाले इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजित साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि द्वारा उच्च-आवृत्ति वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण को उत्पन्न करता है  यह मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य पर उच्च शक्ति का उत्पादन कर सकता है क्योंकि  फास्ट-वेव 'डिवाइस के रूप में इसके आयाम विकिरण के तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़े हो सकते हैं। यह पारंपरिक माइक्रोवेव   वैक्यूम ट्यूब  एस के विपरीत है जैसे कि   क्लेस्ट्रॉन  एस और   मैग्नेट्रॉन  एस, जिसमें तरंग दैर्ध्य एक एकल-मोड   रेजोनेंट कैविटी, एक  स्लो-वेव 'संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस प्रकार, जैसे-जैसे ऑपरेटिंग आवृत्तियां बढ़ती जाती हैं, गुंजयमान गुहा संरचनाओं को आकार में कम करना चाहिए, जो उनकी शक्ति-हैंडलिंग क्षमता को सीमित करता है।

गायरोट्रॉन में एक हॉट   फिलामेंट  में एक   इलेक्ट्रॉन गन  में ट्यूब के एक छोर पर   इलेक्ट्रॉन  एस के एक कुंडलाकार-आकार (खोखले ट्यूबलर) बीम का उत्सर्जन करता है, जो एक उच्च-वोल्टेज   एनोड  द्वारा त्वरित होता है। और फिर एक मजबूत अक्षीय अनुनाद गुहा संरचना के माध्यम से एक मजबूत अक्षीय   चुंबकीय क्षेत्र  में यात्रा करता है, आमतौर पर ट्यूब के चारों ओर   सुपरकंडक्टिंग चुंबक  द्वारा बनाया जाता है। फ़ील्ड इलेक्ट्रॉनों को    को चुंबकीय क्षेत्र लाइनों के चारों ओर तंग हलकों में  को स्थानांतरित करने का कारण बनता है क्योंकि वे ट्यूब के माध्यम से लंबाई में यात्रा करते हैं। ट्यूब में उस स्थिति में जहां चुंबकीय क्षेत्र अपने अधिकतम तक पहुंचता है, इलेक्ट्रॉनों ने अपने साइक्लोट्रॉन अनुनाद आवृत्ति पर एक अनुप्रस्थ दिशा (ट्यूब के अक्ष के लंबवत) में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण कर दिया। मिलीमीटर विकिरण ट्यूब में   स्टैंडिंग वेव्स  बनता है, जो एक ओपन-एंडेड   गुंजयमान गुहा  के रूप में कार्य करता है, और एक बीम में बनता है, जो ट्यूब के किनारे एक खिड़की के माध्यम से   वेवगाइड  में विकिरण करता है। खर्च किए गए इलेक्ट्रॉन बीम को ट्यूब के अंत में एक कलेक्टर इलेक्ट्रोड द्वारा अवशोषित किया जाता है।

अन्य रैखिक-बीम माइक्रोवेव ट्यूबों के रूप में, आउटपुट इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों की ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम के  काइनेटिक एनर्जी  से आती है, जो कि एनोड वोल्टेज में तेजी के कारण होती है। गुंजयमान गुहा से पहले के क्षेत्र में जहां चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ रही है, यह इलेक्ट्रॉन बीम को संपीड़ित करता है, अनुदैर्ध्य बहाव वेग को अनुप्रस्थ कक्षीय वेग में परिवर्तित करता है, एक प्रक्रिया में   चुंबकीय दर्पण  में   प्लाज्मा कारावास  में उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों का कक्षीय वेग 1.5 से 2 गुना उनके अक्षीय किरण वेग है।गुंजयमान गुहा में खड़ी तरंगों के कारण, इलेक्ट्रॉन गुच्छे हो जाते हैं;यही है, उनका चरण    सुसंगत  (सिंक्रनाइज़) हो जाता है, इसलिए वे सभी एक ही समय में अपनी कक्षा में एक ही बिंदु पर हैं।इसलिए, वे   सुसंगत विकिरण  का उत्सर्जन करते हैं।

एक गायरोट्रॉन में इलेक्ट्रॉन की गति थोड़ी सापेक्ष है (प्रकाश की गति के करीब नहीं) के क्रम पर)।यह  फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर  (और   xaser ) के विपरीत है जो विभिन्न सिद्धांतों पर काम करते हैं और जिनके इलेक्ट्रॉन अत्यधिक सापेक्ष हैं।

अनुप्रयोग
Gyrotrons का उपयोग कई औद्योगिक और उच्च-प्रौद्योगिकी हीटिंग अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।उदाहरण के लिए,  परमाणु संलयन  अनुसंधान प्रयोगों में    प्लास्मास  और विनिर्माण उद्योग में प्रसंस्करण ग्लास, कंपोजिट और सेरामिक्स में एक तेजी से हीटिंग टूल के रूप में, साथ ही एनालिंग (सौर और सौर और सौर और सौर और सौर और सौर (अर्धचालक)।सैन्य अनुप्रयोगों में   सक्रिय इनकार प्रणाली  शामिल हैं।

2021 में Quaise Energy ने 20 किलोमीटर की गहराई में एक छेद को ड्रिल करने के लिए एक उबाऊ मशीन के रूप में एक गायरोट्रॉन का उपयोग करने के विचार की घोषणा की और इसका उपयोग भूतापीय ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए किया

प्रकार
ट्यूब की आउटपुट विंडो जिसमें से माइक्रोवेव बीम उभरती है, दो स्थानों पर हो सकती है। अनुप्रस्थ-आउटपुट गायरोट्रॉन में, बीम ट्यूब के किनारे एक खिड़की के माध्यम से बाहर निकलता है। इसके लिए माइक्रोवेव बीम को प्रतिबिंबित करने के लिए गुहा के अंत में 45 ° दर्पण की आवश्यकता होती है, एक तरफ तैनात किया जाता है ताकि इलेक्ट्रॉन बीम इसे याद करे। अक्षीय-आउटपुट गायरोट्रॉन में, बीम बेलनाकार कलेक्टर इलेक्ट्रोड के दूर के छोर पर ट्यूब के अंत में एक खिड़की के माध्यम से बाहर निकलता है जो इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करता है।

1964 में विकसित मूल गायरोट्रॉन एक थरथरानवाला था, लेकिन उस समय से गायरोट्रॉन  एम्पलीफायर  एस विकसित किया गया है। पेचदार गायरोट्रॉन इलेक्ट्रॉन बीम एक लागू माइक्रोवेव सिग्नल को इसी तरह से बढ़ा सकता है जिस तरह से एक सीधा इलेक्ट्रॉन बीम शास्त्रीय माइक्रोवेव ट्यूब जैसे कि क्लेस्ट्रॉन में बढ़ाता है, इसलिए गायरोट्रॉन की एक श्रृंखला होती है जो इन ट्यूबों के अनुरूप कार्य करती है। उनका लाभ यह है कि वे बहुत अधिक आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं। Gyro-Monotron (Gyro-ossillator) एक एकल-कैविटी गायरोट्रॉन है जो एक थरथरानवाला के रूप में कार्य करता है। एक Gyro-Klystron एक एम्पलीफायर है जो  Klystron  ट्यूब के अनुरूप कार्य करता है। इलेक्ट्रॉन बीम के साथ दो    माइक्रोवेव कैविटीज  है, एक इनपुट गुहा अपस्ट्रीम है, जिसमें सिग्नल को बढ़ाया जाना है और एक आउटपुट गुहा नीचे की ओर है जिसमें से आउटपुट लिया जाता है। एक Gyro-TWT एक एम्पलीफायर है जो   ट्रैवलिंग वेव ट्यूब  (TWT) के अनुरूप कार्य करता है। इसमें एक धीमी तरंग संरचना होती है, जो बीम को समेटने के लिए एक TWT के समान होता है, इनपुट माइक्रोवेव सिग्नल अपस्ट्रीम एंड पर लागू होता है और डाउनस्ट्रीम एंड से लिया गया प्रवर्धित आउटपुट सिग्नल होता है। एक Gyro-BWO एक थरथरानवाला है जो   बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर  (BWO) के अनुरूप कार्य करता है। यह इलेक्ट्रॉन बीम के विपरीत दिशा में यात्रा करने वाले दोलनों को उत्पन्न करता है, जो ट्यूब के अपस्ट्रीम छोर पर आउटपुट होते हैं। एक गायरो-ट्विस्ट्रॉन एक एम्पलीफायर है जो   ट्विस्ट्रॉन, एक ट्यूब जो कि एक क्लेस्ट्रॉन और एक TWT को जोड़ती है, के अनुरूप कार्य करता है। एक Klystron की तरह यह अपस्ट्रीम छोर पर एक इनपुट गुहा है, इसके बाद इलेक्ट्रॉनों को गुन करने के लिए बंचर गुहाओं के बाद, जो एक TWT प्रकार की धीमी-तरंग संरचना द्वारा पीछा किया जाता है जो प्रवर्धित आउटपुट सिग्नल को विकसित करता है। एक TWT की तरह इसमें एक विस्तृत बैंडविड्थ है।

निर्माता
गायरोट्रॉन का आविष्कार  सोवियत संघ  में किया गया था वर्तमान निर्माताओं में   संचार और शक्ति उद्योग  (यूएसए),   GYCOM  (रूस),   थेल्स ग्रुप  (ईयू),   तोशिबा  (जापान, अब   कैनन, इंक।  शामिल हैं। जापान से भी), और   BRIDGE12 टेक्नोलॉजीज ।सिस्टम डेवलपर्स में   गायरोट्रॉन टेक्नोलॉजी  शामिल हैं।