자이로트론

Gyrotron
이전의 몬트리올 놀이공원 놀이기구는 La Ronde(오락공원)를 참조하십시오.
독일 Wendelstein 7-X 핵융합 실험의 플라즈마 가열용 고출력 140GHz 자이로트론.

자이로트론은 강한 자기장에서 전자의 사이클로트론 공진에 의해 밀리미터파 전자파를 발생시키는 고출력 선형빔 진공관이다.출력 주파수는 약 20~[1][2]527GHz로 마이크로파에서 테라헤르츠 갭 가장자리까지의 파장을 커버합니다.일반적인 출력 전력은 수십 킬로와트에서 1~2 메가와트입니다.자이로트론은 펄스 또는 연속 작동을 위해 설계될 수 있습니다.자이로트론은 러시아 니즈니 노브고로드에 위치한 NIRFI의 소련 과학자들에[3] 의해 발명되었다.

원칙

자이로트론의 그림

자이로트론은 강한 [4][5]자기장을 통과하는 전자의 사이클로트론 공명을 자극함으로써 고주파 전자파를 발생시키는 자유 전자 메서의 일종이다.그것은 밀리미터 파장에서 높은 출력을 낼 수 있는데, 왜냐하면 고속파 장치로서 그것의 치수가 방사선의 파장보다 훨씬 클 수 있기 때문이다.이는 단일 모드 공진 공동인 느린 파장에 의해 파장이 결정되는 카이스트론이나 마그네트론과 같은 기존의 마이크로파 진공관과는 다릅니다.따라서 작동 주파수가 증가함에 따라 공명 공동 구조의 크기가 감소해야 하며, 이는 전력 처리 능력을 제한합니다.

자이로트론에서 튜브의 한쪽 끝에 있는 전자총의 뜨거운 필라멘트는 고리 모양의(홀로우 튜브형) 전자빔을 방출하고, 이는 고전압 양극에 의해 가속된 다음 보통 튜브 주위에 초전도 자석에 의해 만들어진 강한 축 자기장의 큰 관 모양의 공명 공동 구조를 통과합니다.이 장은 전자가 튜브를 통해 세로로 이동할 때 자기장 라인 주위에서 나선형으로 움직이게 합니다.자기장이 최대치에 이르는 튜브 내의 위치에서 전자는 사이클로트론 공진 주파수로 가로방향(튜브의 축에 수직)으로 전자파를 방사한다.밀리미터 방사선은 개방된 공명 공동 역할을 하는 튜브에서 정상파를 형성하고 빔을 형성하여 튜브 측면의 창문을 통해 도파관으로 방사됩니다.사용 후 전자빔은 튜브 끝에 있는 수집기 전극에 의해 흡수됩니다.

다른 선형빔 마이크로파 튜브와 마찬가지로 출력 전자파의 에너지는 전자빔의 운동 에너지에서 나오는데, 이는 가속 양극 전압에 기인한다.자기장 강도가 높아지는 공진 캐비티 전 영역에서는 플라즈마 [5]구속에 이용되는 자기 미러에 발생하는 것과 유사한 프로세스로 전자빔을 압축하여 세로 드리프트 속도를 횡궤도 속도로 변환한다.전자의 궤도 속도는 축방향 빔 속도의 1.5배에서 2배입니다.공명 공동에 있는 고정된 파동으로 인해 전자는 "분지"됩니다. 즉, 전자의 위상이 일관되게 됩니다(동기화됨). 그래서 그들은 동시에 궤도의 같은 지점에 있습니다.따라서, 그들은 일관된 방사선을 방출한다.

자이로트론의 전자 속도는 약간 상대론적입니다(빛 속도에 가깝지는 않지만 약합니다.이것은 다른 원리로 작동하고 전자가 상대성이 높은 자유 전자 레이저(및 Xaser)와 대조됩니다.

적용들

자이로트론은 많은 산업 및 첨단 가열 용도로 사용됩니다.예를 들어 자이로트론은 플라즈마를 가열하기 위한 핵융합 연구 실험과 제조 산업에서도 유리, 복합 재료 및 세라믹을 가공하는 급속 가열 도구로 사용되며 아닐링(태양광 및 반도체)에도 사용됩니다.군사 어플리케이션에는 액티브 거부 시스템이 포함됩니다.

2021년 퀘이즈에너지는 자이로트론을 20km 깊이의 구멍을 뚫어 지열 에너지를 [6]생산하기 위해 천공기로 사용한다는 아이디어를 발표했다.이 기술은 30~300GHz의 주파수를 사용하며 레이저를 사용하는 것보다 더 효율적으로 에너지를 암석12 10에 전달할 수 있습니다.레이저들은 기화된 암석에 의해 더욱 교란될 것이고, 이것은 긴 파장에 훨씬 덜 영향을 미칠 것이다.100%[7] 효율을 달성할 수 있는 1MW 자이로트론으로 시간당 70m의 시추율이 가능할 것으로 보인다.

타이프

마이크로파 빔이 나오는 튜브의 출력 창은 두 위치에 있을 수 있습니다.가로출력 자이로트론에서 빔은 튜브 측면의 창을 통해 빠져나간다.이를 위해서는 캐비티 끝에 45° 거울이 있어야 마이크로파 빔을 반사할 수 있으며, 전자 빔이 이를 놓칠 수 있도록 한쪽에 배치되어 있어야 합니다.이 축출력 자이로트론에서 빔은 전자를 모으는 원통형 컬렉터 전극의 원단 튜브 단부의 창을 통해 나간다.

1964년에 개발된 최초의 자이로트론은 발진기였지만, 그 이후로 자이로트론 증폭기가 개발되었다.나선형 자이로트론 전자빔은 직선 전자빔이 클라이스트론과 같은 고전적인 마이크로파 튜브에서 증폭되는 방식과 유사하게 적용된 마이크로파 신호를 증폭할 수 있습니다. 따라서 이러한 튜브와 유사한 기능을 하는 일련의 자이로트론이 있습니다.그 장점은 훨씬 더 높은 주파수로 작동할 수 있다는 것이다.자이로모노트론(자이로오실레이터)은 발진기 역할을 하는 단일 캐비티 자이로트론입니다.자이로 클라이스트론은 클라이스트론 튜브와 유사한 기능을 하는 증폭기입니다.전자빔을 따라 2개의 마이크로파 공동이 있으며, 증폭되는 신호가 적용되는 입력 공동 업스트림과 출력을 가져오는 다운스트림 출력 공동이 있습니다.자이로-TWT는 이동파관(TWT)과 유사하게 작동하는 증폭기입니다.입력 마이크로파 신호가 업스트림 엔드에 적용되고 증폭된 출력 신호가 다운스트림 엔드에서 취득되는 등 빔을 병렬로 연결하는 TWT와 유사한 느린 파형 구조를 가지고 있습니다.자이로-BWO는 역파 발진기(BWO)와 유사하게 작동하는 발진기입니다.전자 빔과 반대 방향으로 이동하는 진동을 발생시켜 튜브의 업스트림 엔드에서 출력합니다.자이로-트위스트론은 클라이스트론과 TWT를 결합한 튜브인 트위스트론과 유사한 기능을 하는 증폭기입니다.클라이스트론과 마찬가지로 업스트림 엔드에 입력 캐비티가 있고, 이어서 전자를 묶는 번치 캐비티가 있으며, 이어서 증폭된 출력 신호를 생성하는 TWT형 저속파 구조가 있습니다.TWT와 마찬가지로 넓은 대역폭을 갖추고 있습니다.

제조원

자이로트론은 소련에서 [8]발명되었다.현재 제조사는 통신전력산업(미국), Gycom(러시아), Thales Group(EU), Toshiba(일본, 현재 캐논, 주식회사도 일본), Bridge12 Technologies입니다.[9]시스템 개발자 중에는 자이로트론 테크놀로지도 포함되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Richards, Mark A.; William A. Holm (2010). "Power Sources and Amplifiers". Principles of Modern Radar: Basic Principles. SciTech Pub., 2010. p. 360. ISBN 978-1891121524.
  2. ^ Blank, M.; Borchard, P.; Cauffman, S.; Felch, K.; Rosay, M.; Tometich, L. (2013-06-01). Experimental demonstration of a 527 GHz gyrotron for dynamic nuclear polarization. 2013 Abstracts IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS). p. 1. doi:10.1109/PLASMA.2013.6635226. ISBN 978-1-4673-5171-3. S2CID 31007942.
  3. ^ 고자기장 연구 및 시설(1979년).워싱턴 D.C.:국립과학원회보 51쪽
  4. ^ "What is a Gyrotron?". Learn about DNP-NMR spectroscopy. Bridge 12 Technologies. Retrieved July 9, 2014.
  5. ^ a b Borie, E. (c. 1990). "Review of Gyrotron Theory" (PDF). EPJ Web of Conferences. KfK 4898. 149: 04018. Bibcode:2017EPJWC.14904018N. doi:10.1051/epjconf/201714904018. Retrieved July 9, 2014.
  6. ^ "Quaise Energy". Quaise Energy. Retrieved 2022-04-19.
  7. ^ Blain, Loz (2022-02-25). "Fusion tech is set to unlock near-limitless ultra-deep geothermal energy". New Atlas. Retrieved 2022-08-05.
  8. ^ National Research Council (U.S.). Panel on High Magnetic Field Research and Facilities (1979). "Defense Technology - High Frequency Radiation". High-Magnetic-Field Research and Facilities. Washington, D.C.: National Academy of Sciences. pp. 50–51. OCLC 13876197.
  9. ^ Thumm, Manfred (2020). "State-of-the-Art of High-Power Gyro-Devices and Free Electron Masers". Journal of Infrared. 41 (1): 1. Bibcode:2020JIMTW..41....1T. doi:10.1007/s10762-019-00631-y. S2CID 209747370.

외부 링크