केविटी मैग्नेट्रॉन



 कैविटी मैग्नेट्रॉन (कोटर मैग्नेट्रॉन) एक उच्च-शक्ति वैक्यूम ट्यूब (निर्वात नली) है, जिसका उपयोग रडार सिस्टम में किया जाता है और वर्तमान में माइक्रोवेव ओवन (सूक्ष्मतरंग भट्टी) और रैखिक कण त्वरक में किया जाता है। यह एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ  इलेक्ट्रॉन (अतिसूक्ष्म परमाणु) की एक धारा की पारस्परिक क्रिया का उपयोग करके माइक्रोवेव (सूक्ष्म तरंग) उत्पन्न करता है, जबकि कोटर अनुनादक की एक श्रृंखला को आगे बढ़ाते हुए धातु ब्लॉक में छोटे, खुले गुहा हैं। इलेक्ट्रॉन गुहाओं से गुजरते हैं और माइक्रोवेव के भीतर दोलन करते हैं, जब ये हवा की धारा से उत्साहित होते हैं ,तो सीटी के समान एक ध्वनि का उत्पादन करते हैं। अनुनाद आवृत्त्ति की व्यवस्था गुहाओं के भौतिक आयामों द्वारा निर्धारित की जाती है। अन्य वैक्यूम ट्यूबों (निर्वात नली) के विपरीत, जैसे कि क्लेस्ट्रॉन या ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब (TWT), मैग्नेट्रॉन एक लागू माइक्रोवेव सिग्नल (सूक्ष्म संकेतक) की तीव्रता को बढ़ाने के लिए   एम्पलीफायर (प्रवर्धक) के रूप में कार्य नहीं कर सकता है; मैग्नेट्रॉन पूरी तरह से ऑसिलेटर (दोलक) के रूप में कार्य करता है, जो वैक्यूम ट्यूब को आपूर्ति की गई प्रत्यक्ष वर्तमान बिजली से एक माइक्रोवेव सिग्नल उत्पन्न करता है।

एक विद्युत धारा के प्रवाह को नियंत्रित करने के साधन के रूप में चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग 1906 में ली डे फॉरेस्ट द्वाराऑडियन (एक इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टिंग या एम्पलीफाइंग वैक्यूम ट्यूब) के आविष्कार द्वारा प्रेरित किया गया था।   अल्बर्ट हल  जनरल इलेक्ट्रिक रिसर्च लेबोरेटरी ने मैग्नेट्रॉन का विकास, शुरू किया। डी फॉरेस्ट के पेटेंट से बचने के लिए लेकिन ये कभी भी पूरी तरह से सफल नहीं थे। अन्य प्रयोगकर्ताओं ने हल (Hull) के काम पर ध्यान दिया और  1924 में जर्मनी में हबैन द्वारा दो कैथोड्स का उपयोग शुरू किया था। आगे के शोध को तब तक सीमित किया गया था जब तक कि ओकाबे के 1929 के जापानी पेपर ने सेंटीमीटर-तरंग दैर्ध्य संकेतों के उत्पादन को ध्यान में रखा, जिसके कारण दुनिया भर में रुचि पैदा हुई।।कई कैथोड्स के साथ मैग्नेट्रॉन्स का विकास 1934 में   बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज  के, ए एल सैमुअल ( A. L. Samuel ) द्वारा प्रस्तावित, 1934 में पोस्टुमस और 1935 में हंस हॉलमैन द्वारा डिजाइन किया गया था। उत्पादन फिलिप्स, जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी (जीईसी), टेलीफंकन और अन्य द्वारा लिया गया था, जो शायद 10 डब्ल्यू आउटपुट तक सीमित था। इस समय तक Klystron अधिक शक्ति का उत्पादन कर रहा था और मैग्नेट्रॉन का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था, हालांकि 1936 में USSR में अलेक्सरेफ और दुर्भावना द्वारा एक 300W डिवाइस का निर्माण किया गया था (1940 में प्रकाशित)

कैविटी  मैग्नेट्रॉन 1940 में इंग्लैंड के बर्मिंघम विश्वविद्यालय में जॉन रान्डेल और हैरी बूट द्वारा पेश किया गया एक क्रांतिकारी सुधार था। उनके पहले कार्य साधक उदाहरण ने 10 सेमी तरंग दैर्ध्य पर सैकड़ों वाट का उत्पादन किया, एक अभूतपूर्व उपलब्धि हफ्तों के भीतर, जीईसी के इंजीनियरों ने इसे एक किलोवाट से अधिक में सुधार किया, और महीनों के भीतर 25 किलोवाट, 1941 तक 100 किलोवाट से अधिक और 1943 तक एक मेगावाट की ओर धकेल दिया। उच्च शक्ति सपन्द को एक उपकरण से उत्पन्न किया गया था और एक एंटीना से प्रसारण केवल सेंटीमीटर लंबा, परिमाण के आदेशों द्वारा व्यावहारिक रडार प्रणालियों के आकार को कम करता है नए रडार नाइट-फाइटर , एंटी-सबमरीन विमान और यहां तक कि सबसे छोटे एस्कॉर्ट जहाजों के लिए दिखाई दिए और उस बिंदु से द्वितीय विश्व युद्ध के मित्र राष्ट्रों ने रडार में एक नेतृत्व किया कि जर्मनी और जापान में उनके समकक्ष कभी भी बंद करने में सक्षम नहीं थे। युद्ध के अंत तक, व्यावहारिक रूप से हर सहयोगी रडार एक मैग्नेट्रोन पर आधारित था।

युद्ध के बाद की अवधि में मैग्नेट्रॉन का उपयोग रडार में किया जाता रहा, लेकिन 1960 के दशक में उच्च-शक्ति क्लेस्ट्रॉन और ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब के रूप में लोकप्रियता से कम हो गया । मैग्नेट्रॉन की एक प्रमुख विशेषता यह है कि इसका आउटपुट सिग्नल आवृत्ति और चरण दोनों में पल्स में बदल जाता है । यह मूविंग टारगेट इंडिकेशन को प्रदर्शित करने और अव्यवस्था (इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में अवांछित गूँज, विशेष रूप से राडार के संदर्भ में )को रडार प्रदर्शन से हटाने के लिए पल्स-टू-पल्स ( स्पंद से स्पंद ) तुलना के लिए इसे कम उपयुक्त बनाता है। मैग्नेट्रॉन कुछ रडार सिस्टम में उपयोग में रहता है, लेकिन माइक्रोवेव ओवन के लिए कम लागत वाले स्रोत के रूप में बहुत अधिक सामान्य हो गया है। इस रूप में, एक अरब से अधिक मैग्नेट्रॉन आज उपयोग में हैं

पारंपरिक ट्यूब डिजाइन
एक पारंपरिक इलेक्ट्रॉन ट्यूब (वैक्यूम ट्यूब) में, इलेक्ट्रॉनों को नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए, गर्म घटक से उत्सर्जित किया जाता है जिसे कैथोड कहा जाता है और एनोड नामक एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए घटक के लिए आकर्षित किया जाता है। घटकों को सामान्य रूप से व्यवस्थित रूप से किया जाता है, एक ट्यूबलर के आकार के कंटेनर के भीतर रखा जाता है, जिसमें से सभी हवा को खाली कर दिया गया है, ताकि इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकें (इसलिए नाम वैक्यूम ट्यूब, जिसे हिन्दी में निर्वात नली कहा जाता है)।

यदि एक तीसरा इलेक्ट्रोड (जिसे नियंत्रण ग्रिड कहा जाता है) कैथोड और एनोड के बीच रखा जाता है, तो कैथोड और एनोड के बीच इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को इस तीसरे इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज को अलग करके विनियमित किया जा सकता है। यह परिणामी इलेक्ट्रॉन ट्यूब (जिसे ट्रायोड कहा जाता है, क्योंकि अब इसमें तीन इलेक्ट्रोड हैं) को एम्पलीफायर (प्रवर्धक) के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है, क्योंकि नियंत्रण ग्रिड पर लागू विद्युत आवेश में छोटे बदलाव के परिणामस्वरूप कैथोड और एनोड के बीच बहने वाले इलेक्ट्रॉनों के बहुत बड़े प्रवाह में समान भिन्नता होगी।

पतवार या एकल-एनोड मैग्नेट्रॉन
नियंत्रण के लिए एक ग्रिड का उपयोग करने के विचार को ली डे फॉरेस्ट द्वारा पेटेंट कराया गया था, जिसके परिणामस्वरूप वैकल्पिक ट्यूब डिजाइनों में काफी शोध किया गया था जो उसके पेटेंट से बचता था। एक अवधारणा ने वर्तमान प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए एक विद्युत आवेश के बजाय एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया, जिससे मैग्नेट्रॉन ट्यूब का विकास हुआ था। इस डिजाइन में, ट्यूब को दो इलेक्ट्रोड के साथ बनाया गया था, आमतौर पर केंद्र में एक धातु की छड़ के रूप में कैथोड के साथ, और इसके चारों ओर एक सिलेंडर के रूप में एनोड था।ट्यूब को घोड़े की नाल के चुंबक के ध्रुवों के बीच रखा गया था।  और इस तरह की व्यवस्था की गई कि चुंबकीय क्षेत्र को इलेक्ट्रोड के अक्ष के समानांतर संरेखित किया गया था।

कोई चुंबकीय क्षेत्र मौजूद नहीं होने के कारण, ट्यूब एक डायोड के रूप में संचालित होती है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को सीधे कैथोड से एनोड तक प्रवाहित किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में, इलेक्ट्रॉनों को बाएं हाथ के नियम के अनुसार, गति की दिशा में समकोण पर एक बल का अनुभव होगा। इसमें, इलेक्ट्रॉन कैथोड और एनोड के बीच एक घुमावदार पथ का अनुसरण करते हैं। पथ की वक्रता को  इलेक्ट्रोमैग्नेट (विद्युत चुंबक) का उपयोग करके या इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षमता को बदलकर या तो चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन करके नियंत्रित किया जा सकता है।

बहुत उच्च चुंबकीय क्षेत्र समायोजन में इलेक्ट्रॉनों को कैथोड पर वापस जाने के लिए मजबूर किया जाता है, जो वर्तमान प्रवाह को रोकता है। विपरीत चरम पर, बिना किसी क्षेत्र के, इलेक्ट्रॉन सीधे कैथोड से एनोड तक प्रवाहित होने के लिए स्वतंत्र हैं। दो चरम सीमाओं के बीच एक बिंदु है,  क्रांतिक मान या  हल कट-ऑफ चुंबकीय क्षेत्र  (और कट-ऑफ वोल्टेज), जहां इलेक्ट्रॉन सिर्फ एनोड तक पहुंचते हैं। इस बिंदु के आसपास के क्षेत्रों में, उपकरण एक ट्रायोड के समान संचालित होता है। हालांकि, चुंबकीय नियंत्रण, हिस्टैरिसीस और अन्य प्रभावों के कारण, एक पारंपरिक ट्रायोड में एक नियंत्रण ग्रिड का उपयोग करके इलेक्ट्रोस्टैटिक नियंत्रण की तुलना में वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए एक धीमी और कम वफादार प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप (अधिक वजन और जटिलता का उल्लेख नहीं करना), इसलिए मैग्नेट्रॉन पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों में सीमित उपयोग देखा।

यह देखा गया कि जब मैग्नेट्रॉन क्रांतिक मान पर काम कर रहा था, तो यह रेडियो फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम में ऊर्जा का उत्सर्जन करेगा। यह इसलिए होता है क्योंकि कुछ इलेक्ट्रॉन, एनोड तक पहुंचने के बजाय, कैथोड और एनोड के बीच की जगह में सर्कल करना जारी रखते हैं। एक प्रभाव के कारण अब साइक्लोट्रॉन विकिरण के रूप में जाना जाता है, ये इलेक्ट्रॉन रेडियो आवृत्ति ऊर्जा विकीर्ण करते हैं ये प्रभाव बहुत कुशल नहीं है।अंततः इलेक्ट्रॉनों में से एक इलेक्ट्रोड से टकराता है, इसलिए किसी भी समय परिसंचारी अवस्था में संख्या समग्र धारा का एक छोटा प्रतिशत है। यह भी देखा गया कि विकिरण की आवृत्ति ट्यूब के आकार पर निर्भर करती है, और यहां तक ​​कि शुरुआती उदाहरण जो माइक्रोवेव शासन में संकेतों का उत्पादन करते थे वो भी बनाए गए थे।

प्रारंभिक पारंपरिक ट्यूब सिस्टम उच्च आवृत्ति बैंड तक सीमित थे, और हालांकि बहुत उच्च आवृत्ति सिस्टम 1930 के दशक के अंत में व्यापक रूप से उपलब्ध हो गए, अल्ट्रा हाई फ्रीक्वेंसी (पराउच्च आवृत्‍ति) और माइक्रोवेव बैंड पारंपरिक सर्किट की क्षमता से परे थे। मैग्नेट्रॉन माइक्रोवेव बैंड में सिग्नल उत्पन्न करने में सक्षम कुछ उपकरणों में से एक था और यह केवल एक ही था जो सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य में उच्च शक्ति का उत्पादन करने में सक्षम था।

स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन
मूल मैग्नेट्रोन को क्रन्तिक मान पर संचालित करना बहुत मुश्किल था, और फिर भी किसी भी समय चक्कर लगाने की स्थिति में इलेक्ट्रॉनों की संख्या काफी कम थी। इसका मतलब यह था कि इसने बहुत कम-शक्ति वाले संकेतों को उत्पन्न करता है। फिर भी, माइक्रोवेव बनाने के लिए जाने जाने वाले कुछ उपकरणों में से एक के रूप में, डिवाइस में रुचि और संभावित सुधार व्यापक था।

पहला बड़ा सुधार  स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन  था, जिसे  नकारात्मक-प्रतिरोध मैग्नेट्रॉन  के रूप में भी जाना जाता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, इस डिज़ाइन ने एक एनोड का उपयोग किया था जो दो में विभाजित था, जो ट्यूब के प्रत्येक छोर पर दो-एक में विभाजित हो गया था जिससे दो आधे-सिलेंडर बन गए। के प्रत्येक छोर पर एक-दो आधा-सिलेंडर बनाना। जब दोनों को एक ही वोल्टेज पर चार्ज किया गया था, तो सिस्टम ने मूल मॉडल की तरह काम किया। लेकिन दो प्लेट्स के वोल्टेज को थोड़ा बदलकर, इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र को संशोधित किया जा सकता है ताकि वे स्वाभाविक रूप से निचले वोल्टेज की ओर यात्रा करें। प्लेटें एक से जुड़ी थीं जो किसी दिए गए आवृत्ति पर दो प्लेटों के सापेक्ष वोल्टेज को उलट देती हैं

किसी भी क्षण में, इलेक्ट्रॉन को स्वाभाविक रूप से ट्यूब के निचले वोल्टेज पक्ष की ओर धकेल दिया जाएगा।जैसे ही वोल्टेज बदलता है, इलेक्ट्रॉन आगे और पीछे दोलन करेगा, जो मूल डिजाइन में क्रन्तिक मान से अधिक मजबूत होता है।यह आम तौर पर इलेक्ट्रॉन को कैथोड में वापस सर्कल करने का कारण होगा, लेकिन इलेक्ट्रिकल क्षेत्र को दोलन करने के कारण, इलेक्ट्रॉन इसके बजाय एक लूपिंग पथ का अनुसरण करता है जो एनोड्स की ओर जारी रहता है

चूंकि प्रवाह में सभी इलेक्ट्रॉनों ने इस लूपिंग गति का अनुभव किया था, इसलिए विकिरणित होने वाली आरएफ ऊर्जा की मात्रा में काफी सुधार हुआ।जैसा कि गति क्रान्तिक मान से परे किसी भी क्षेत्र स्तर पर हुई थी, अब खेतों और वोल्टेज को ध्यान से ट्यून करने के लिए आवश्यक नहीं था, और डिवाइस की समग्र स्थिरता में बहुत सुधार हुआ था।दुर्भाग्य से, उच्च क्षेत्र का मतलब यह भी था कि इलेक्ट्रॉन अक्सर कैथोड में वापस जाते हैं, उस पर अपनी ऊर्जा जमा करते हैं और इसे गर्म करते हैं।जैसा कि यह सामान्य रूप से अधिक इलेक्ट्रॉनों को जारी करने का कारण बनता है, यह कभी -कभी एक अनियंत्रित प्रभाव पैदा कर सकता है, जो डिवाइस को नुकसान पहुंचाता है

गुहा मैग्नेट्रॉन
मैग्नेट्रॉन डिज़ाइन में महान प्रगति गुंजयमान गुहा मैग्नेट्रॉन या इलेक्ट्रॉन-रेजोनेंस मैग्नेट्रॉन था, जो पूरी तरह से अलग-अलग सिद्धांतों पर काम करता है।इस डिजाइन में दोलन बाहरी सर्किट या फ़ील्ड के बजाय एनोड के भौतिक आकार द्वारा किया जाता है।

यंत्रवत्, कैविटी मैग्नेट्रॉन में गोलाकार चेहरे के केंद्र के माध्यम से ड्रिल किए गए छेद के साथ धातु का एक बड़ा, ठोस सिलेंडर होता है।कैथोड के रूप में कार्य करने वाला एक तार इस छेद के केंद्र से नीचे चला जाता है, और धातु ब्लॉक स्वयं एनोड बनाता है।इस छेद के चारों ओर, जिसे इंटरैक्शन स्पेस के रूप में जाना जाता है, एक छोटे चैनल द्वारा इंटरैक्शन स्पेस से जुड़े इंटरैक्शन स्पेस के समानांतर समान छेद (गुंजयमान) की संख्या होती है।परिणामी ब्लॉक रिवॉल्वर पर सिलेंडर जैसा कुछ दिखता है, जिसमें कुछ बड़ा केंद्रीय छेद होता है।शुरुआती मॉडल को  COLT पिस्तौल जिग्स का उपयोग करके कट दिया गया था यह याद करते हुए कि एक एसी(A. C) सर्किट में इलेक्ट्रॉन सतह के साथ यात्रा करते हैं, न कि कंडक्टर के कोर, स्लॉट के समानांतर पक्ष कैपेसिटर (संधारित्र) के रूप में कार्य करते हैं, जबकि राउंड होल  इंडक्टर (प्रेरक) का निर्माण करते हैं। एक एलसी सर्किट ठोस तांबे से बना, गुंजयमान आवृत्ति के साथ पूरी तरह से इसके आयामों द्वारा परिभाषित किया गया है।

चुंबकीय क्षेत्र क्रान्तिक मान के नीचे एक मान पर निर्धारित है, इसलिए इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर बढ़ते पथों का पालन करते हैं। जब वे एनोड पर प्रहार करते हैं, तो वे उस क्षेत्र में नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाते हैं। चूंकि यह प्रक्रिया यादृच्छिक है, इसलिए कुछ क्षेत्र अपने आसपास के क्षेत्रों की तुलना में कम या ज्यादा चार्ज हो जाएंगे। एनोड एक अत्यधिक प्रवाहकीय सामग्री, लगभग हमेशा तांबे से निर्मित होता है, इसलिए वोल्टेज में ये अंतर धाराओं को भी बाहर निकलने के लिए दिखाई देते हैं। चूंकि करंट (धारा) को गुहा के बाहर के चारों ओर बहना पड़ता है, इसलिए इस प्रक्रिया में समय लगता है। उस समय के दौरान अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन गर्म स्थानों से बचेंगे और एनोड के साथ आगे जमा हो जाएंगे, क्योंकि इसके चारों ओर अतिरिक्त प्रवाह भी आता है। यह एक दोलन करंट का कारण बनता है क्योंकि करंट एक स्थान फिर दूसरे को बराबर करने की कोशिश करता है।

गुहाओं के चारों ओर बहने वाली दोलन धाराएं, और ट्यूब के भीतर इलेक्ट्रॉन प्रवाह पर उनका प्रभाव, बड़ी मात्रा में माइक्रोवेव रेडियोफ्रीक्वेंसी ऊर्जा को गुहाओं में उत्पन्न होने का कारण बनता है। एक छोर पर गुहाएं खुली होती हैं, इसलिए संपूर्ण तंत्र एक एकल, बड़ा, माइक्रोवेव (सूक्ष्म तरंग) दोलन करता है।एक "नल", आम तौर पर एक लूप में गठित एक तार, एक गुहा से माइक्रोवेव ऊर्जा निकालता है।कुछ प्रणालियों में टैप वायर को एक खुले छेद से बदल दिया जाता है, जो माइक्रोवेव(सूक्ष्म तरंग) को वेवगाइड में प्रवाहित करने की अनुमति देता है।

जैसा कि दोलन को स्थापित करने में कुछ समय लगता है, और शुरू में स्वाभाविक रूप से यादृच्छिक होता है, बाद में स्टार्टअप में अलग -अलग आउटपुट पैरामीटर होंगे। चरण लगभग कभी भी संरक्षित नहीं होता है, जो मैग्नेट्रॉन को चरणबद्ध सरणी सिस्टम में उपयोग करना मुश्किल बनाता है।आवृत्ति भी पल्स से पल्स तक बहती है, रडार सिस्टम की एक व्यापक सरणी के लिए एक अधिक कठिन समस्या है।इनमें से न तो   निरंतर-लहर रडार  के लिए एक समस्या प्रस्तुत करें, न ही माइक्रोवेव ओवन के लिए।

सामान्य विशेषताएं
सभी कैविटी मैग्नेट्रॉन में एक उच्च वोल्टेज, क्रान्तिक मान बिजली की आपूर्ति द्वारा बनाई गई एक उच्च (निरंतर या स्पंदित) नकारात्मक क्षमता पर एक गर्म बेलनाकार कैथोड शामिल हैं। कैथोड को एक खाली, लोबेड, गोलाकार धातु कक्ष के केंद्र में रखा गया है। कक्ष की दीवारें ट्यूब के एनोड हैं। एक स्थायी चुंबक द्वारा गुहा की धुरी के समानांतर एक चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है। इलेक्ट्रॉन शुरू में एनोड की दीवारों के विद्युत क्षेत्र द्वारा आकर्षित कैथोड से रेडियल रूप से बाहर की ओर बढ़ते हैं। लोरेंट्ज़ बल के परिणामस्वरुप चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को एक वृत्ताकार पथ में बाहर की ओर घुमाता है। कक्ष के रिम के चारों ओर बेलनाकार गुहाएं हैं। स्लॉट्स को गुहाओं की लंबाई के साथ काट दिया जाता है जो केंद्रीय, सामान्य गुहा स्थान में खुलते हैं। जैसा कि इलेक्ट्रॉनों ने इन स्लॉट्स को पार करते है, वे प्रत्येक गुंजयमान गुहा में एक उच्च-आवृत्ति वाले रेडियो क्षेत्र को प्रेरित करते हैं, जो बदले में इलेक्ट्रॉनों को समूहों में गुच्छा का कारण बनता है। रेडियो आवृत्ति ऊर्जा का एक हिस्सा एक छोटे युग्मन लूप द्वारा निकाला जाता है जो वेवगाइड (एक धातु ट्यूब, आमतौर पर आयताकार क्रॉस सेक्शन) से जुड़ा होता है। वेवगाइड लोड के लिए निकाले गए आरएफ ऊर्जा को निर्देशित करता है, जो कि माइक्रोवेव ओवन में एक खाना पकाने का कक्ष या एक उच्च-लाभ एंटीना रडार के मामले में हो सकता है।

गुहाओं के आकार गुंजयमान आवृत्ति को निर्धारित करते हैं, और जिससे माइक्रोवेव की आवृत्ति उत्सर्जित होती है। हालांकि, आवृत्ति सटीक रूप से नियंत्रणीय नहीं है। ऑपरेटिंग आवृत्ति लोड प्रतिबाधा में परिवर्तन के साथ भिन्न होती है, आपूर्ति वर्तमान में परिवर्तन के साथ, और ट्यूब के तापमान के साथ यह उपयोग में कोई समस्या नहीं है जैसे कि हीटिंग, या रडार के कुछ रूपों में जहां रिसीवर को एक सटीक मैग्नेट्रॉन आवृत्ति के साथ सिंक्रनाइज़ किया जा सकता है।जहां सटीक आवृत्तियों की आवश्यकता होती है, अन्य उपकरणों, जैसे कि Klystron का उपयोग किया जाता है।

मैग्नेट्रॉन एक स्व दोलक उपकरण है जिसमें बिजली की आपूर्ति के अलावा किसी भी बाहरी तत्व की आवश्यकता नहीं होती है।दोलन के निर्माण से पहले एक अच्छी तरह से परिभाषित थ्रेशोल्ड एनोड वोल्टेज लागू किया जाना चाहिए, यह वोल्टेज गुंजयमान गुहा के आयामों और लागू चुंबकीय क्षेत्र का एक कार्य है।स्पंदित अनुप्रयोगों में कई चक्रों में देरी होती है, इससे पहले कि दोलित्र पूर्ण शिखर शक्ति प्राप्त करता है, और एनोड वोल्टेज के निर्माण को दोलित्र आउटपुट के निर्माण के साथ समन्वित किया जाना चाहिए

जहां गुहाओं की एक समान संख्या होती है, दो गाढ़ा छल्ले दोलन के अक्षम मोड को रोकने के लिए वैकल्पिक गुहा दीवारों को जोड़ सकते हैं।इसे पीआई-स्ट्रैपिंग कहा जाता है क्योंकि दो पट्टियाँ π रेडियन (180 °) पर आसन्न गुहाओं के बीच चरण के अंतर को लॉक करती हैं।

आधुनिक मैग्नेट्रॉन एक काफी कुशल उपकरण है।एक माइक्रोवेव ओवन में, उदाहरण के लिए, 1.1-किलोवाट इनपुट आमतौर पर लगभग 700 वाट माइक्रोवेव पावर, लगभग 65%की दक्षता बनाएगा।(उच्च-वोल्टेज और कैथोड के गुण एक मैग्नेट्रॉन की शक्ति का निर्धारण करते हैं।) बड़े एस बैंड मैग्नेट्रॉन 2.5 मेगावाट पीक पावर का उत्पादन कर सकते हैं। कुछ बड़े मैग्नेट्रॉन पानी ठंडा होते हैं।मैग्नेट्रॉन उन भूमिकाओं में व्यापक उपयोग में रहता है जिनके लिए उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है, लेकिन जहां आवृत्ति और चरण पर सटीक नियंत्रण महत्वहीन है।

रडार


रडार सेट में, मैग्नेट्रॉन का वेवगाइड    एंटीना  से जुड़ा हुआ है। मैग्नेट्रॉन को लागू वोल्टेज के बहुत कम दालों के साथ संचालित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च-शक्ति वाले माइक्रोवेव ऊर्जा की एक छोटी नाड़ी विकिरणित होती है। सभी प्राथमिक रडार प्रणालियों की तरह, एक लक्ष्य से परिलक्षित विकिरण का विश्लेषण एक स्क्रीन पर एक रडार मानचित्र का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

मैग्नेट्रॉन के आउटपुट की कई विशेषताएं डिवाइस के रडार का उपयोग कुछ हद तक समस्याग्रस्त बनाती हैं। इन कारकों में से पहला इसकी ट्रांसमीटर आवृत्ति में मैग्नेट्रॉन की अंतर्निहित अस्थिरता है। यह अस्थिरता न केवल एक नाड़ी से दूसरे में आवृत्ति की शिफ्ट में परिणाम करती है, बल्कि एक व्यक्तिगत प्रेषित पल्स के भीतर एक आवृत्ति पारी भी होती है। दूसरा कारक यह है कि प्रेषित पल्स की ऊर्जा अपेक्षाकृत व्यापक आवृत्ति स्पेक्ट्रम में फैली हुई है, जिसके लिए रिसीवर को एक समान विस्तृत बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। यह विस्तृत बैंडविड्थ परिवेश विद्युत शोर को रिसीवर में स्वीकार करने की अनुमति देता है, इस प्रकार कुछ हद तक कमजोर रडार गूँज को अस्पष्ट करता है, जिससे समग्र रिसीवर सिग्नल-टू-शोर अनुपात और इस प्रकार प्रदर्शन को कम करता है। तीसरा कारक, आवेदन के आधार पर, उच्च-शक्ति विद्युत चुम्बकीय विकिरण के उपयोग के कारण होने वाला विकिरण खतरा है। कुछ अनुप्रयोगों में, उदाहरण के लिए, एक मरीन रडार एक मनोरंजक पोत पर लगाया गया था, 2 से 4 किलोवाट के मैग्नेट्रॉन आउटपुट के साथ एक रडार अक्सर चालक दल या यात्रियों के कब्जे वाले क्षेत्र के पास बहुत अधिक पाया जाता है। व्यावहारिक उपयोग में इन कारकों को दूर कर दिया गया है, या केवल स्वीकार किए गए हैं, और आज हजारों मैग्नेट्रॉन एविएशन और मरीन रडार इकाइयां सेवा में हैं। एविएशन वेदर-एवॉइडेंस रडार और मरीन रडार में हाल के प्रगति ने मैग्नेट्रॉन को माइक्रोवेव सेमीकंडक्टर ऑसिलेटर के साथ सफलतापूर्वक बदल दिया है, जिसमें एक संकीर्ण आउटपुट आवृत्ति रेंज है। ये एक संकीर्ण रिसीवर बैंडविड्थ का उपयोग करने की अनुमति देते हैं, और बदले में उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात एक कम ट्रांसमीटर शक्ति की अनुमति देता है, जो ईएमआर के संपर्क को कम करता है।

हीटिंग
माइक्रोवेव ओवन में, वेवगाइड खाना पकाने के कक्ष में एक रेडियो-आवृत्ति-पारदर्शी बंदरगाह की ओर जाता है।चैम्बर के निश्चित आयामों और मैग्नेट्रॉन के लिए इसकी शारीरिक निकटता आम तौर पर चैम्बर में खड़ी तरंग पैटर्न बनाएगी, पैटर्न को एक मोटर चालित प्रशंसक-जैसे मोड स्टिररद्वारा यादृच्छिक किया जाता है।ओवन), या एक टर्नटेबल द्वारा जो भोजन को घुमाता है (उपभोक्ता ओवन में सबसे आम)। इस एप्लिकेशन का एक प्रारंभिक उदाहरण था जब 1954 में ब्रिटिश वैज्ञानिकों ने क्रायोजेनिक रूप से फ्रोजन हैम्स्टर्स को पुनर्जीवित करने के लिए एक माइक्रोवेव ओवन का उपयोग किया था

प्रकाश
माइक्रोवेव-एक्सक्लूस्ड लाइटिंग सिस्टम में, जैसे कि सल्फर लैंप, एक मैग्नेट्रॉन माइक्रोवेव क्षेत्र प्रदान करता है जो प्रकाश-उत्सर्जक पदार्थ (जैसे, सल्फर , मेटल से युक्त प्रकाश गुहा में   वेवगाइड  से गुजरता है।एस, आदि)।हालांकि कुशल, ये लैंप प्रकाश के अन्य तरीकों की तुलना में बहुत अधिक जटिल हैं और इसलिए आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है। अधिक आधुनिक वेरिएंट HEMT  या GAN-ON-SIC पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस का उपयोग करते हैं, जो माइक्रोवेव उत्पन्न करते हैं, जो कि काफी कम जटिल हैं और इसे PID नियंत्रक का उपयोग करके प्रकाश आउटपुट को अधिकतम करने के लिए समायोजित किया जा सकता है।

इतिहास
1910 में  हंस गेरडियन  (1877-1951) सीमेंस कॉर्पोरेशन ने एक मैग्नेट्रॉन का आविष्कार किया  1912 में, स्विस भौतिक विज्ञानी   हेनरिक ग्रीनचेर    इलेक्ट्रॉन मास  की गणना करने के लिए नए तरीकों की तलाश कर रहे थे।वह एक प्रणाली पर बस गया जिसमें एक रॉड के आकार के कैथोड के आसपास एक बेलनाकार एनोड के साथ एक डायोड शामिल था, जो एक चुंबक के बीच में रखा गया था।इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान को मापने का प्रयास विफल रहा क्योंकि वह ट्यूब में एक अच्छा वैक्यूम प्राप्त करने में असमर्थ था।हालांकि, इस काम के हिस्से के रूप में, Greinacher ने पार किए गए चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों की गति के गणितीय मॉडल विकसित किए

अमेरिका में, अल्बर्ट हल ने ट्रायोड पर वेस्टर्न इलेक्ट्रिक के पेटेंट को बायपास करने के प्रयास में इस काम का उपयोग किया।पश्चिमी इलेक्ट्रिक ने ग्रिड के माध्यम से विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके वर्तमान प्रवाह के नियंत्रण पर   ली डे फॉरेस्ट  के पेटेंट खरीदकर इस डिजाइन का नियंत्रण प्राप्त किया था।हल एक इलेक्ट्रोस्टैटिक एक के बजाय एक चर चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करने का इरादा रखता है, कैथोड से एनोड तक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए। जनरल इलेक्ट्रिक की अनुसंधान प्रयोगशालाओं में   शेंक्टाडी, न्यूयॉर्क  में काम करते हुए, हल निर्मित ट्यूबों को जो चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र की ताकत के अनुपात के नियंत्रण के माध्यम से स्विचिंग प्रदान करता है।उन्होंने 1921 में अवधारणा पर कई पत्र और पेटेंट जारी किए

हल के मैग्नेट्रॉन को मूल रूप से वीएचएफ (बहुत-उच्च-आवृत्ति) विद्युत चुम्बकीय तरंगों को उत्पन्न करने का इरादा नहीं था।हालांकि, 1924 में, चेक भौतिक विज्ञानी अगस्त žáče (1886-1961) और जर्मन भौतिक विज्ञानी एरिच हब्रान ।Žáček, प्राग के चार्ल्स विश्वविद्यालय में एक प्रोफेसर, पहले प्रकाशित;हालांकि, उन्होंने एक छोटे से परिसंचरण के साथ एक पत्रिका में प्रकाशित किया और इस तरह थोड़ा ध्यान आकर्षित किया विश्वविद्यालय के जेना में एक छात्र हबैन ने 1924 के अपने डॉक्टरेट शोध प्रबंध के लिए मैग्नेट्रॉन की जांच की। 1920 के दशक के दौरान, हल और दुनिया भर के अन्य शोधकर्ताओं ने मैग्नेट्रॉन को विकसित करने के लिए काम किया उदाहरण के लिए देखें:
 * सोवियत भौतिक विज्ञानी:


 * जापानी इंजीनियर:
 * इस लेख के भाग II में मैग्नेट्रॉन पर चर्चा की गई है।
 * इनमें से अधिकांश शुरुआती मैग्नेट्रॉन कई एनोड के साथ ग्लास वैक्यूम ट्यूब थे।हालांकि, दो-पोल मैग्नेट्रॉन, जिसे स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन के रूप में भी जाना जाता है, में अपेक्षाकृत कम दक्षता थी।
 * इनमें से अधिकांश शुरुआती मैग्नेट्रॉन कई एनोड के साथ ग्लास वैक्यूम ट्यूब थे।हालांकि, दो-पोल मैग्नेट्रॉन, जिसे स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन के रूप में भी जाना जाता है, में अपेक्षाकृत कम दक्षता थी।
 * इनमें से अधिकांश शुरुआती मैग्नेट्रॉन कई एनोड के साथ ग्लास वैक्यूम ट्यूब थे।हालांकि, दो-पोल मैग्नेट्रॉन, जिसे स्प्लिट-एनोड मैग्नेट्रॉन के रूप में भी जाना जाता है, में अपेक्षाकृत कम दक्षता थी।

जबकि रडार को विश्व युद्ध II के दौरान विकसित किया जा रहा था, वहाँ एक उच्च-शक्ति  माइक्रोवेव जनरेटर की तत्काल आवश्यकता पैदा हुई, जो कि 10 लगभग 10 cm (3GHz) के बजाय  तरंग दैर्ध्य   पर काम करती थी, बजाय इसके कि50 से 150 cm (200 mHz) जो उस समय के ट्यूब-आधारित जनरेटर से उपलब्ध था।यह ज्ञात था कि  बर्लिन  में  हंस हॉलमैन  द्वारा 1935 में एक बहु-गुहा गुदा मैग्नेट्रॉन विकसित और पेटेंट किया गया था। हालांकि, जर्मन सेना ने हॉलमैन के डिवाइस की आवृत्ति बहाव को अवांछनीय माना, और इसके बजाय क्लेस्ट्रॉन  पर अपने रडार सिस्टम को आधारित किया।लेकिन Klystrons उस समय उच्च शक्ति उत्पादन को प्राप्त नहीं कर सकते थे जो मैग्नेट्रॉन अंततः पहुंच गए थे।यह एक कारण था कि जर्मन नाइट फाइटर रडार, जो कभी भी लिचेंस्टीन रडार#फग 202 लिचेंस्टीन बी/सी |  लो-यूएचएफ बैंड से आगे नहीं भटकते थे  इसी तरह, यूके में, अल्बर्ट ब्यूमोंट वुड ने 1937 में एक प्रणाली को एक धातु ब्लॉक में ड्रिल किए गए छह या आठ छोटे छेदों के साथ प्रस्तावित किया, जो कि बाद के उत्पादन डिजाइनों से अलग -अलग है, केवल वैक्यूम सीलिंग के पहलुओं में।हालांकि, उनके विचार को नौसेना ने खारिज कर दिया था, जिन्होंने कहा कि उनका वाल्व विभाग इस पर विचार करने के लिए बहुत व्यस्त था

में विकसित हुआ के साथ संयोजन में उपयोग किया जाने वाला इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा विकसित कैविटी मैग्नेट्रॉन का हिस्सा है 1940 में, ब्रिटेन में बर्मिंघम ]] के   जॉन रान्डेल  और   हैरी बूट  ने एक गुहा मैग्नेट्रोन के एक कामकाजी प्रोटोटाइप का उत्पादन किया, जो लगभग 400 & nbsp; w का उत्पादन करता था; एक सप्ताह के भीतर यह 1 & nbsp; kW, और अगले कुछ महीनों के भीतर, पानी के ठंडा होने और कई विस्तार से बदलावों के साथ, यह 10 और फिर 25 & nbsp; kw में सुधार हुआ था इसकी बहती आवृत्ति से निपटने के लिए, उन्होंने आउटपुट सिग्नल का नमूना लिया और अपने रिसीवर को सिंक्रनाइज़ किया कि जो भी आवृत्ति वास्तव में उत्पन्न हो रही थी, उसके लिए सिंक्रनाइज़ किया।1941 में, आवृत्ति अस्थिरता की समस्या को    जेम्स सेयर्स  युग्मन (स्ट्रैपिंग) वैकल्पिक गुहाओं द्वारा मैग्नेट्रोन के भीतर हल किया गया था, जिसने 5-6 के कारक द्वारा अस्थिरता को कम कर दिया। (बूट और रान्डेल सहित प्रारंभिक मैग्नेट्रॉन डिजाइनों के अवलोकन के लिए, देखें ।)   आरएएफ एयर डिफेंस रडार म्यूजियम  से एंडी मैनिंग के अनुसार, रान्डेल और बूट की खोज एक विशाल, बड़े पैमाने पर सफलता थी और कई लोगों द्वारा समझा गया था, अब भी, सबसे महत्वपूर्ण आविष्कार है जो द्वितीय विश्व युद्ध से बाहर आया था, जबकिब्रिटिश कोलंबिया, डेविड ज़िम्मरमैन में   विश्वविद्यालय  विश्वविद्यालय में सैन्य इतिहास के प्रोफेसर, राज्यों:

"The magnetron remains the essential radio tube for shortwave radio signals of all types. It not only changed the course of the war by allowing us to develop airborne radar systems, it remains the key piece of technology that lies at the heart of your microwave oven today. The cavity magnetron's invention changed the world."

क्योंकि फ्रांस सिर्फ नाजी तक गिर गया था और ब्रिटेन के पास बड़े पैमाने पर मैग्नेट्रॉन को विकसित करने के लिए कोई पैसा नहीं था, विंस्टन चर्चिल ने सहमति व्यक्त की कि सर हेनरी टिज़र्ड को मैग्नेट्रॉन को अपने बदले में मैग्नेट्रॉन की पेशकश करनी चाहिए।वित्तीय और औद्योगिक सहायता एक प्रारंभिक 10 kW संस्करण,  जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी रिसर्च लेबोरेटरीज, वेम्बली, लंदन (इसी तरह के अमेरिकन कंपनी जनरल इलेक्ट्रिक के साथ भ्रमित नहीं होने के लिए), जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी रिसर्च लेबोरेटरीज,   वेम्बली , लंदन  द्वारा बनाया गया था),सितंबर 1940 में   टिज़र्ड मिशन  पर लिया गया था। चर्चा के रूप मेंडी से रडार, अमेरिकी नौसेना के प्रतिनिधियों ने अपने लघु-तरंग दैर्ध्य प्रणालियों के साथ समस्याओं का विस्तार करना शुरू कर दिया, यह शिकायत करते हुए कि उनके क्लेस्ट्रॉन केवल 10 w का उत्पादन कर सकते हैं।एक फलने -फूलने के साथ,    टाफी बोवेन  ने एक मैग्नेट्रॉन को बाहर निकाला और इसे 1000 बार उत्पन्न किया।

बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज ने उदाहरण लिया और जल्दी से प्रतियां बनाना शुरू कर दिया, और 1940 के अंत से पहले,   विकिरण प्रयोगशाला  को   मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी  के परिसर में स्थापित किया गया था ताकि मैग्नेट्रोन का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के रडार को विकसित किया जा सके।।1941 की शुरुआत में, अमेरिकी और ब्रिटिश विमानों में पोर्टेबल सेंटीमीटर एयरबोर्न रडार का परीक्षण किया जा रहा था 1941 के उत्तरार्ध में, यूनाइटेड किंगडम में दूरसंचार अनुसंधान प्रतिष्ठान  ने मैग्नेट्रॉन का उपयोग एक क्रांतिकारी हवाई, ग्राउंड-मैपिंग रडार कोडेन नाम H2S विकसित करने के लिए किया।  H2S रडार एलन ब्लमलीन और बर्नार्ड लवेल द्वारा विकसित भाग में था।

कैविटी मैग्नेट्रॉन का व्यापक रूप से विश्व युद्ध II के दौरान माइक्रोवेव रडार उपकरणों में उपयोग किया गया था और अक्सर एलाइड रडार को जर्मन और जापान ईएसई रडार पर काफी प्रदर्शन लाभ देने का श्रेय दिया जाता है, इस प्रकार सीधे युद्ध के परिणाम को प्रभावित करता है।इसे बाद में अमेरिकी इतिहासकार   जेम्स फिननी बैक्सटर III  द्वारा वर्णित किया गया था [t] वह सबसे मूल्यवान कार्गो कभी भी हमारे तटों पर लाया गया

Centimetric रडार, कैविटी मैग्नेट्रॉन द्वारा संभव बनाया गया, बहुत छोटी वस्तुओं का पता लगाने और बहुत छोटे एंटेना के उपयोग के लिए अनुमति दी गई। छोटे-गुहा मैग्नेट्रॉन, छोटे एंटेना और उच्च रिज़ॉल्यूशन के संयोजन ने छोटे, उच्च गुणवत्ता वाले रडार को विमान में स्थापित करने की अनुमति दी। उन्हें पनडुब्बी पेरिस्कोप के रूप में छोटी वस्तुओं का पता लगाने के लिए समुद्री गश्ती विमान द्वारा इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसने विमान को जलमग्न पनडुब्बियों पर हमला करने और नष्ट करने की अनुमति दी थी जो पहले हवा से अवांछनीय थी। H2S जैसे सेंटीमेट्रिक कंटूर मैपिंग रडार ने द्वितीय विश्व युद्ध | रणनीतिक बमबारी अभियान ]] के दौरान   फग 350  नक्सोस 'के अस्तित्व के बावजूद '  डिवाइस विशेष रूप से इसका पता लगाने के लिए। सेंटीमीटर गन-लेइंग रडार इसी तरह पुरानी तकनीक की तुलना में कहीं अधिक सटीक थे। उन्होंने बड़े बंदूक वाले मित्र देशों के युद्धपोतों को और अधिक घातक बना दिया और नए विकसित निकटता फ़्यूज़ के साथ, विमानों पर हमला करने के लिए विमान-विरोधी बंदूकें और अधिक खतरनाक बना। दो युग्मित और एंटी-एयरक्राफ्ट बैटरी द्वारा उपयोग किए गए, जर्मन वी -1 फ्लाइंग बम एस के उड़ान पथ के साथ   लंदन  के रास्ते पर रखा गया, उनके लक्ष्य तक पहुंचने से पहले कई उड़ने वाले बमों को नष्ट करने का श्रेय दिया जाता है।

तब से, कई लाखों गुहा मैग्नेट्रॉन का निर्माण किया गया है; जबकि कुछ रडार के लिए हैं, विशाल बहुमत  माइक्रोवेव के लिए किया गया हैओवन  एस।रडार में उपयोग कुछ हद तक घट गया है, क्योंकि अधिक सटीक संकेतों की आवश्यकता है और इन जरूरतों के लिए डेवलपर्स   क्लेस्ट्रॉन  और   ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब  सिस्टम में चले गए हैं।

स्वास्थ्य खतरे
विशेष रूप से कम से कम एक खतरा अच्छी तरह से जाना जाता है और प्रलेखित है। आई के लेंस में कोई ठंडा रक्त प्रवाह नहीं है, यह विशेष रूप से माइक्रोवेव विकिरण के संपर्क में आने पर ओवरहीटिंग होने का खतरा है।यह हीटिंग बदले में बाद के जीवन में मोतियाबिंद की एक उच्च घटना को जन्म दे सकता है

मैग्नेट्रॉन के आसपास काफी विद्युत खतरा भी है, क्योंकि उन्हें उच्च वोल्टेज बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

सभी मैग्नेट्रॉन में टंगस्टन के साथ थोरियम की एक छोटी राशि होती है, जो फिलामेंट में है।जबकि यह एक रेडियोधर्मी धातु है, कैंसर का जोखिम कम है क्योंकि यह सामान्य उपयोग में कभी भी हवाई नहीं है।केवल अगर फिलामेंट को मैग्नेट्रॉन से बाहर ले जाया जाता है, तो बारीक कुचल दिया जाता है, और इनहेल्ड यह एक स्वास्थ्य खतरा पैदा कर सकता है

यह सभी देखें

 * Crossed-field amplifier
 * Yoji Ito, a Japanese military electronics expert who helped create Japan's first cavity magnetron devices as early as 1939.
 * Klystron
 * Maser
 * Microwave EMP Rifle
 * Radiation Laboratory
 * Traveling-wave tube