Magnetron

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea jocului video Firebird C64 și Spectrum, consultați Magnetron (joc video 1988) .
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea jocului video C64 al lui Brøderbund, consultați Magnetron (joc video 1987) .
Magnetron secționat
Interiorul magnetronului pentru cuptorul cu microunde

Magnetronul este un tip de supapă termionică de mare putere (tub de vid) destinat producerii de microunde necoerente . Magnetronul este, de asemenea, un sistem capabil să cupleze un câmp magnetostatic și o radiofrecvență în scopul depunerii de pelicule subțiri de dielectric sau metale nemagnetice, utilizate industrial și în scopuri de cercetare în aparate de depunere fizică numite pulverizare .

Structura și funcția

Secțiunea schematică a magnetronului

Magnetronul este format dintr-o cameră cu secțiune circulară înconjurată de lobi, în care a fost realizat vidul , a cărui structură constituie anodul , cu potențial electric zero. În centru există un fir păstrat incandescent, catodul , și la un potențial electric negativ, constant sau impulsiv, foarte mare în comparație cu anodul. În direcția normală către câmpul electric, constituit între catod și anod, se menține un câmp magnetic produs de un magnet permanent. Filamentul și catodul constau dintr-un singur electrod din sârmă de tungsten în formă elicoidală, cu un număr de rotații variind între 8 și 12, cu o rază aproximativ egală cu lungimea. Catodul este acoperit cu un material adecvat pentru emiterea de electroni.

Electronii emiși de efectul termionic din filament tind să se deplaseze către pereții camerei, păstrați la potențial zero, care corespund anodului , care este pozitiv față de catod. Prezența câmpului magnetic, însă, determină o curbură în traiectoria lor datorită efectului forței Lorentz , determinându-i să urmeze o cale cicloidă (adică un punct aparținând unei circumferințe care se mișcă de-a lungul unei linii drepte).

Pe perimetrul camerei există deschideri spațiate corespunzător și care comunică cu cavități. Electronii, ajungând la marginea cavităților, se unesc în fascicule care oscilează la frecvența radio, în funcție de dimensiunea Magnetronului, datorită efectului câmpurilor încrucișate ( câmp magnetic și câmp electric ).

O parte a acestui câmp este preluată de o buclă, numită pick-up, conectată la un ghid de undă (un tub metalic capabil să transmită microunde) și trimisă de la aceasta la sarcina utilizatorului, indiferent dacă este o antenă de transmisie sau camera cuptorului cu microunde.

Imaginea din dreapta arată mișcarea pe care ar avea-o un electron care iese din firul central în absența unui câmp magnetic (albastru) și a celui pe care îl presupune în interiorul magnetronului (roșu). Punctele galbene (vizibile numai prin mărirea adecvată a fotografiei) reprezintă liniile câmpului magnetic văzute în secțiunea transversală. Bobina de retragere este reprezentată în maro. Săgețile verzi reprezintă câmpul electric (săgeată scurtă) și câmpul magnetic (săgeată circulară) care sunt stabilite în circuitul RLC echivalent cu cavitatea.

Mărimea cavităților determină frecvența de rezonanță și, prin urmare, frecvența undelor radio produse. Această frecvență nu este nici foarte precisă, nici modificabilă. Aceasta nu este o problemă în aplicațiile tipice de magnetron, cum ar fi gătitul cu radar și alimentele . Acolo unde este necesară precizie, se utilizează alte dispozitive, de exemplu Klystron sau TWT (Traveling Wave Tube). Radiată Puterea depinde de tensiunea aplicată și caracteristicile de construcție ale tubului.

Angajamente

Radar

În sistemele radar , ghidul de undă este conectat la o antenă, care poate fi o canelură în ghid sau o mărire în formă de con, îndreptată către un reflector parabolic. Magnetronul este alimentat cu impulsuri scurte de înaltă tensiune, pentru a emite impulsuri rapide de microunde, care sunt radiate de antenă. O parte din această energie se reflectă înapoi de la obstacolele întâmpinate și revine la antenă cu o întârziere proporțională cu distanța în care se formează ecoul sau mai bine zis reflexia undei electromagnetice. Aici un dispozitiv (de obicei un circulator ) direcționează semnalul către un receptor radio sensibil și apoi este afișat pe un ecran cu raze catodice sau procesat digital.

Încălzire și gătit

Un magnetron al cuptorului cu microunde

În cuptorul cu microunde, ghidul de unde se conectează cu camera de gătit printr-o fereastră închisă de un material transparent pentru microunde, de obicei o foaie subțire de mică , care are funcția de a proteja magnetronul de murdărie. În camera de gătit, microundele sunt apoi absorbite, cu eficiență diferențiată, de diferite materiale, inclusiv apa conținută în alimente, transformându-se în căldură .

Dacă undele nu sunt absorbite, acestea suferă o reflecție. Undele staționare care sunt create își disipă energia prin aprinderea unui arc de plasmă lângă antena magnetronului, distrugându-l. Din acest motiv, este important să nu acționați cuptorul gol și, dacă trebuie încălzite cantități mici de material, este recomandabil să plasați un pahar care conține apă în interiorul camerei. Frecvența tipică a magnetronului pentru cuptoarele cu microunde este de 2,45 GHz.

Istorie

Un model de magnetron cu doi poli timpuriu a fost dezvoltat în jurul anului 1920 , dar puterea produsă a fost foarte limitată în comparație cu versiunile cu cavitate.
Cercetarea a fost reluată în timpul celui de- al doilea război mondial datorită necesității de a dezvolta rapid un generator de microunde în banda de 10 cm (anterior se foloseau 150 cm) adecvat pentru radar.

În 1940 , la Universitatea Britanică din Birmingham , John Randall și Harry Boot au construit un prototip funcțional de magnetron cu cavitate rezonantă, reușind ulterior să mărească puterea emisă cu un factor de 100.

O primă versiune de 4 kW a fost construită de British General Electric Company și livrată guvernului SUA în august 1940 . La acea vreme, cel mai puternic generator disponibil în Statele Unite, Klystron , avea o putere de ordinul a zeci de wați. A fost numită „ Cea mai prețioasă încărcătură livrată vreodată pe țărmurile noastre ”. Pentru a nu atrage atenția, bunurile prețioase nu au fost transportate de escorte armate, ci trimise prin mijloacele poștale obișnuite.
Acest tip de magnetron a fost utilizat pe scară largă în timpul celui de- al doilea război mondial, oferind aliaților o superioritate considerabilă față de mijloacele echivalente furnizate armatelor naziste și japoneze , influențând astfel cursul evenimentelor de război. În special, germanii nu au putut înțelege cum britanicii (datorită noilor radare) ar putea prezice sosirea avioanelor lor cu mult timp în avans și pot duce luptătorii RAF la cer la timp.

De atunci, au fost construite miliarde de magnetroni, unele pentru radar, dar cele mai multe pentru o aplicație timpurie nebănuită: cuptorul cu microunde .

Siguranță

Semn de avertizare: microunde de mare putere

Riscurile datorate utilizării magnetronului sunt cele legate de expunerea la microunde cunoscută și sub denumirea de NIR (radiații neionizante), adică arsuri, deteriorarea țesuturilor moi ( testicule ), opacificarea cristalinului, precum și tulburări ale calcificării osoase. Experimentarea pe aparate care utilizează magnetronul necesită o atenție și o pregătire deosebită, deoarece fasciculele de microunde sunt invizibile și pot fi reflectate într-un mod insidios.

Un alt pericol asociat cu magnetronul este tensiunea de funcționare ridicată .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 46663 · LCCN (EN) sh85079795 · GND (DE) 4037035-5 · BNF (FR) cb119789957 (dată) · NDL (EN, JA) 00.574.637