Magnetron

Struktuuri koostis

Katood- ja anoodisüsteem

Magnetroni põhikomponendid on katood ja anood. Katood on tavaliselt kuum katood, mis kuumutamisel kiirgab elektrone. Katoodi ja anoodi vaheline elektriväli kiirendab neid elektrone ja hakkab liikuma. Anood on keeruline struktuur, millel on mitu resonantset õõnsust. Need õõnsused on mikrolaineenergia genereerimise võtmevaldkonnad ning nende suurus ja kuju mõjutavad mikrolainete sagedust ja võimsust.

Näiteks tavalises kodumajapidamises kasutatavas mikrolaineahju magnetronis on anoodresonantsed õõnsused täpselt konstrueeritud genereerima umbes 2450 MHz mikrolaineahju. See sagedus paneb polaarsed molekulid, näiteks veemolekulid, kõrgetel sagedustel vibreerima, soojendades seeläbi toitu.

Magnetvälja süsteem

Magnetväli on magnetroni normaalseks tööks oluline tegur. Magnetvälja tekitavad püsimagnetid või elektromagnetid. Magnetroni töötamise ajal on magnetvälja suund risti elektronide emissiooni suunaga. Elektronid liiguvad magnetvälja mõjul pöörlevas liikumises, mis võimaldab elektronide ja resonantsete õõnsuste vahelist interaktsiooni, ergastades seeläbi õõnsusi mikrolainete tekitamiseks.

Näiteks tööstuslikes suure võimsusega magnetronites saab tugev magnetväli täpselt juhtida elektronide liikumise trajektoori, tagades elektronide ja resonantsete õõnsuste vahelise tõhusama interaktsiooni. Selle tulemuseks on suure võimsusega mikrolainete teke tööstusprotsesside, näiteks mikrolaineahju kuumutamise ja kuivatamise jaoks.

Tööpõhimõte

Elektronide emissioon ja algliikumine

Kui katood kuumutatakse teatud temperatuurini, hakkab see elektrone kiirgama. Katoodi ja anoodi vaheline elektriväli kiirendab neid elektrone ning nad liiguvad anoodi poole. Samal ajal, magnetvälja olemasolu tõttu, kalduvad elektronid liikumise ajal Lorentzi jõu tõttu kõrvale.

Selle lihtsamaks mõistmiseks kujutage ette, et elektronid liiguksid elektriväljas sirgjooneliselt. Magnetväli toimib aga "juhikuna", pannes elektronide trajektoori spiraalseks liikumiseks painduma.

Mikrolaineahju genereerimise protsess

Kui elektronid liiguvad anoodresonantsõõnsuste vahel, suhtlevad nad pidevalt õõnsuste elektromagnetväljaga. Elektronide liikumisenergia kandub õõnsustesse, põhjustades õõnsuste sees oleva elektromagnetvälja energia pidevat suurenemist, moodustades lõpuks stabiilse mikrolainevõnkumise.

Resonantsed õõnsused toimivad nagu "energiavõimendi". Elektronide liikumisenergia akumuleerub õõnsuste sisse. Kui teatud tingimused on täidetud, tekivad mikrolained, mis väljastatakse magnetroni väljundotsast (tavaliselt lainejuhi ühendusest). Neid mikrolaineid kasutatakse seejärel erinevates rakendustes.

Rakendusvaldkonnad

Kodumasinad – mikrolaineahjud

Magnetron on mikrolaineahjude põhikomponent. See tekitab mikrolaineid, mis võimaldavad toitu kiiresti soojendada. Mikrolaineahjus magnetroni tekitatud mikrolainete sagedus on tavaliselt 2450 MHz. See mikrolainete sagedus võib tõhusalt panna toidus olevad polaarsed molekulid, näiteks vee- ja rasvamolekulid, kõrgetel sagedustel vibreerima. Molekulide vaheline hõõrdumine tekitab soojust, saavutades seeläbi kiire kuumenemise.

Näiteks tassi piima soojendamine võtab vaid paar minutit ja piim saavutab sobiva joomistemperatuuri. Lisaks soojendavad mikrolaineahjud toitu üldiselt suhteliselt ühtlaselt, pakkudes mugavat ja kiiret viisi inimeste igapäevaste toidu soojendamise vajaduste rahuldamiseks.

Tööstuslikud rakendused

Mikrolaineahjus kuumutamine ja kuivatamine: Tööstuslikus tootmises saab magnetronide tekitatud mikrolaineid kasutada mitmesuguste materjalide kuumutamiseks ja kuivatamiseks. Näiteks puidutöötlemistööstuses võib puidu mikrolaineahjus kuivatamine oluliselt lühendada kuivamisaega, parandada tootmise efektiivsust ning vähendada puidu deformatsiooni ja pragunemist kuivatamisprotsessi ajal. Keemiliste toorainete kuivatamisel võib mikrolaineahjus kuumutamisega saavutada kiire ja ühtlase kuivamisefekti, parandades toote kvaliteeti.

Mikrolaineahelside: Varasemates mikrolaineahjuside süsteemides mängisid rolli ka magnetronid. Need võisid toimida mikrolainesignaali allikatena ja mikrolainesignaalid edastati vastuvõtjasse lainejuhtide ja muude edastusseadmete kaudu, et saavutada pikamaaside. Pooljuhtide tehnoloogia ja muude valdkondade arenguga kasutatakse mikrolaineahjuside puhul nüüd aga sagedamini muud tüüpi mikrolaineallikaid.

Radarisüsteemid

Magnetrone saab kasutada ka mikrolaineallikatena mõnedes lihtsates radarisüsteemides. Need suudavad genereerida suure võimsusega mikrolaineimpulsse, mida kiirgavad antennid. Kui need impulsid satuvad sihtmärgini, peegelduvad nad tagasi. Radari vastuvõtusüsteem tuvastab peegeldunud mikrolainesignaalid, et määrata sihtmärgi asukoht, kiirus ja muu teave.

Näiteks mõnes väikesemahulises ilmaradaris või lühimaa seireradarisüsteemis võivad magnetronid pakkuda sihtmärgi tuvastamise funktsioonide saavutamiseks piisavat mikrolainevõimsust.