كيف يعمل المغنطرون ويعمل

Magnetron - جهاز إلكتروني خاص يتم فيه توليد التذبذبات فائقة التردد (تذبذبات الميكروويف) عن طريق تعديل تدفق الإلكترون من حيث السرعة. لقد وسعت المغنطرونات إلى حد كبير مجال تطبيق التسخين بتيارات عالية وعالية التردد.

Amplitrons (platinotrons) و klystrons ومصابيح الموجة المتنقلة القائمة على نفس المبدأ أقل شيوعًا.

المغنطرون هو المولد الأكثر تقدمًا لترددات الميكروويف عالية الطاقة. إنه مصباح مفرغ جيدًا مع شعاع إلكتروني يتم التحكم فيه بواسطة مجال كهربائي ومغناطيسي. إنها تجعل من الممكن الحصول على موجات قصيرة جدًا (حتى كسور السنتيمتر) عند قوى معنوية.

تستخدم المغنطرونات حركة الإلكترونات في المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتعامدة بشكل متبادل والتي تم إنشاؤها في الفجوة الحلقية بين الكاثود والأنود. يتم تطبيق جهد أنوديك بين الأقطاب الكهربائية ، مما يخلق مجالًا كهربائيًا شعاعيًا يتم تحت تأثيره إزالة الإلكترونات من اندفاع الكاثود الساخن إلى القطب الموجب.

يتم وضع كتلة الأنود بين أقطاب المغناطيس الكهربائي ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا في الفجوة الحلقية الموجهة على طول محور المغنطرون. تحت تأثير المجال المغناطيسي ، ينحرف الإلكترون عن الاتجاه الشعاعي ويتحرك على طول مسار حلزوني معقد. في الفراغ بين الكاثود والأنود ، تتشكل سحابة إلكترونية دوارة بألسنة ، تذكرنا بمحور العجلة ذات البرامق. تثير الإلكترونات ، التي تتجاوز فتحات مرنانات تجويف الأنود ، تذبذبات عالية التردد فيها.

أرز. 1. كتلة الأنود المغنطرون

كل من رنانات التجويف هو نظام تذبذب مع معلمات موزعة. يتركز المجال الكهربائي في الفتحات ويتركز المجال المغناطيسي داخل التجويف.

تتحقق الطاقة الناتجة من المغنطرون عن طريق حلقة استقرائية موضوعة في واحد أو أكثر من الرنانين المتجاورين. يوفر الكبل المحوري الطاقة للحمل.

أرز. 2. جهاز Magnetron

يتم التسخين بتيارات الميكروويف في موجهات موجية ذات مقطع عرضي دائري أو مستطيل أو في رنانات حجم حيث موجات كهرومغناطيسية أبسط أشكال TE10 (H10) (في موجهات الموجات) أو TE101 (في رنانات التجويف). يمكن أيضًا إجراء التسخين عن طريق إصدار موجة كهرومغناطيسية إلى جسم التسخين.

يتم تشغيل Magnetrons بواسطة التيار المعدل بدائرة مقوم مبسطة. يمكن أن تكون وحدات الطاقة المنخفضة جدًا تعمل بالتيار المتردد.

يمكن أن تعمل المغنطرونات بترددات مختلفة من 0.5 إلى 100 جيجاهرتز ، مع طاقات تتراوح من بضع واط إلى عشرات من كيلوواط في الوضع المستمر ومن 10 واط إلى 5 ميغاواط في الوضع النبضي مع فترات نبض بشكل أساسي من الكسور إلى عشرات الميكروثانية.

أرز. 2. Magnetron في فرن المايكرويف

إن بساطة الجهاز والتكلفة المنخفضة نسبيًا للمغنطرونات ، جنبًا إلى جنب مع الكثافة العالية للتدفئة والتطبيقات المتنوعة لتيارات الميكروويف ، تفتح آفاقًا كبيرة لاستخدامها في مختلف مجالات الصناعة والزراعة (على سبيل المثال ، في منشآت التدفئة العازلة) وفي المنزل (فرن الميكروويف).

عملية Magnetron

لذا فهو المغنطرون مصباح كهربائي تصميم خاص يستخدم لتوليد اهتزازات فائقة التردد (في نطاق موجات الديسيمتر والسنتيمتر). ومن خصائصه استخدام مجال مغناطيسي دائم (لإنشاء المسارات اللازمة لحركة الإلكترونات داخل المصباح) ، من الذي حصل على اسمه المغنطرون.

المغنطرون متعدد الغرف ، الذي اقترح فكرته لأول مرة M.A Bonch-Bruevich وأدركه المهندسون السوفييت D.E Malyarov و N.F Alekseev ، هو مزيج من أنبوب إلكتروني مع رنانات الحجم. يوجد العديد من رنانات التجويف هذه في مغنطرون ، ولهذا السبب يسمى هذا النوع متعدد الغرف أو متعدد التجاويف.

مبدأ تصميم وتشغيل مغنطرون متعدد الغرف على النحو التالي. أنود الجهاز عبارة عن أسطوانة مجوفة ضخمة ، في السطح الداخلي يتم عمل عدد من التجاويف ذات الثقوب (هذه التجاويف هي رنانات حجم) ، يقع الكاثود على طول محور الأسطوانة.

يتم وضع المغنطرون في مجال مغناطيسي دائم موجه على طول محور الاسطوانة. تتأثر الإلكترونات التي تخرج من القطب السالب على جانب هذا المجال المغناطيسي قوة لورنتزالذي ينحني مسار الإلكترونات.

يتم اختيار المجال المغناطيسي بحيث تتحرك معظم الإلكترونات على طول مسارات منحنية لا تلمس الأنود. إذا ظهرت كاميرات الجهاز (رنانات التجويف) الاهتزازات الكهربائية (تحدث تقلبات صغيرة في الأحجام دائمًا لأسباب مختلفة ، على سبيل المثال ، نتيجة تشغيل جهد الأنود) ، ثم يوجد مجال كهربائي متناوب ليس فقط داخل الغرف ، ولكن أيضًا في الخارج ، بالقرب من الفتحات (الفتحات).

تسقط الإلكترونات التي تطير بالقرب من القطب الموجب في هذه الحقول ، واعتمادًا على اتجاه المجال ، إما تتسارع أو تتباطأ فيها. عندما يتم تسريع الإلكترونات بواسطة مجال ما ، فإنها تأخذ الطاقة من الرنانات ، على العكس من ذلك ، عندما تتباطأ ، فإنها تتخلى عن بعض طاقتها للرنانات.

إذا كان عدد الإلكترونات المتسارعة والمتباطئة هو نفسه ، فلن تعطي طاقة في المتوسط ​​للرنانات. لكن الإلكترونات ، التي تتباطأ ، يكون عندها سرعة أقل مما تحصل عليه عند الانتقال إلى القطب الموجب. لذلك ، لم يعد لديهم طاقة كافية للعودة إلى الكاثود.

على العكس من ذلك ، فإن تلك الإلكترونات التي تم تسريعها بواسطة مجال الرنان تمتلك طاقة أكبر من تلك المطلوبة للعودة إلى الكاثود. لذلك ، فإن الإلكترونات التي تدخل مجال الرنان الأول ، والتي يتم تسريعها فيه ، ستعود إلى الكاثود ، وتلك التي تتباطأ فيه لن تعود إلى الكاثود ، ولكنها ستتحرك على طول المسارات المنحنية بالقرب من الأنود وتسقط في مجال الرنانات التالية.

عند سرعة الحركة المناسبة (التي ترتبط بطريقة ما بتردد التذبذبات في الرنانات) ، ستسقط هذه الإلكترونات في مجال الرنان الثاني بنفس مرحلة التذبذبات الموجودة فيه كما في مجال الرنان الأول ، لذلك ، في مجال الرنان الثاني ، سوف تتباطأ أيضًا.

وهكذا ، مع اختيار مناسب لسرعة الإلكترون ، أيجهد الأنود (بالإضافة إلى المجال المغناطيسي ، الذي لا يغير سرعة الإلكترون ، ولكنه يغير اتجاهه) ، من الممكن تحقيق مثل هذه الحالة التي يتم فيها تسريع الإلكترون الفردي عن طريق مجال مرنان واحد فقط ، أو تباطأ من خلال مجال العديد من الرنانات.

لذلك ، ستعطي الإلكترونات ، في المتوسط ​​، طاقة أكبر للرنانات أكثر مما ستسحب منها ، أي أن التذبذبات التي تحدث في الرنانات ستزداد ، وفي النهاية ، سيتم إنشاء تذبذبات السعة الثابتة فيها.

إن عملية الحفاظ على التذبذبات في الرنانات ، التي نعتبرها بطريقة مبسطة ، مصحوبة بظاهرة أخرى مهمة ، لأن الإلكترونات ، لكي تتباطأ بسبب مجال الرنان ، يجب أن تطير في هذا المجال في مرحلة معينة من التذبذب من الرنان ، من الواضح أنه يجب أن يتحركوا في تدفق غير منتظم (t. ثم يدخلون مجال الرنان في أي وقت ، ليس في أوقات معينة ، ولكن في شكل حزم فردية.

لهذا ، يجب أن يكون تيار الإلكترونات بأكمله مثل النجم ، حيث تتحرك الإلكترونات في الداخل في حزم منفصلة ، والنجم بأكمله يدور حول محور المغنطرون بهذه السرعة التي تدخل حزمها في كل غرفة عند اللحظات المناسبة. تسمى عملية تكوين حزم منفصلة في حزمة الإلكترون تركيز الطور ويتم تنفيذها تلقائيًا تحت تأثير المجال المتغير للرنانات.

المغنطرونات الحديثة قادرة على إحداث اهتزازات تصل إلى أعلى ترددات في نطاق السنتيمتر (موجات تصل إلى 1 سم وحتى أقصر) وتوصيل طاقة تصل إلى عدة مئات من واط مع إشعاع مستمر وعدة مئات من الكيلوات مع الإشعاع النبضي.

أنظر أيضا:أمثلة على استخدام المغناطيس الدائم في الهندسة الكهربائية والطاقة