Magnetrons

Struktūras sastāvs

Katoda un anoda sistēma

Magnetrona galvenās sastāvdaļas ir katods un anods. Katods parasti ir karsts katods, kas karsējot izstaro elektronus. Šos elektronus paātrina elektriskais lauks starp katodu un anodu, un tie sāk kustēties. Anods ir sarežģīta struktūra ar vairākām rezonanses dobumiem. Šie dobumi ir galvenās mikroviļņu enerģijas ģenerēšanas vietas, un to izmērs un forma ietekmē mikroviļņu frekvenci un jaudu.

Piemēram, parastā mājsaimniecības mikroviļņu krāsns magnetronā anoda rezonanses dobumi ir precīzi izstrādāti, lai ģenerētu aptuveni 2450 MHz mikroviļņu frekvenci. Šī frekvence liek polārajām molekulām, piemēram, ūdens molekulām, vibrēt augstās frekvencēs, tādējādi uzsildot pārtiku.

Magnētiskā lauka sistēma

Magnētiskais lauks ir būtisks faktors magnetrona normālai darbībai. Magnētisko lauku ģenerē pastāvīgie magnēti vai elektromagnēti. Magnetrona darbības laikā magnētiskā lauka virziens ir perpendikulārs elektronu emisijas virzienam. Elektroni magnētiskā lauka ietekmē pārvietojas rotācijas kustībā, kas nodrošina mijiedarbību starp elektroniem un rezonanses dobumiem, tādējādi ierosinot dobumus un radot mikroviļņus.

Piemēram, rūpnieciskos lieljaudas magnetronos spēcīgs magnētiskais lauks var precīzi kontrolēt elektronu kustības trajektoriju, nodrošinot efektīvāku mijiedarbību starp elektroniem un rezonanses dobumiem. Tā rezultātā rodas lieljaudas mikroviļņi rūpnieciskiem procesiem, piemēram, mikroviļņu sildīšanai un žāvēšanai.

Darbības princips

Elektronu emisija un sākotnējā kustība

Kad katods tiek uzkarsēts līdz noteiktai temperatūrai, tas sāk izstarot elektronus. Šos elektronus paātrina elektriskais lauks starp katodu un anodu, un tie pārvietojas anoda virzienā. Vienlaikus magnētiskā lauka klātbūtnes dēļ elektronus kustības laikā novirza Lorenca spēks.

Lai to vienkārši saprastu, iedomājieties, ka elektroni elektriskajā laukā pārvietotos taisnā līnijā. Tomēr magnētiskais lauks darbojas kā "vadītājs", liekot elektronu trajektorijai izliekties spirālveida kustībā.

Mikroviļņu ģenerēšanas process

Elektroniem pārvietojoties starp anoda rezonanses dobumiem, tie nepārtraukti mijiedarbojas ar dobumu elektromagnētisko lauku. Elektronu kustības enerģija tiek pārnesta uz dobumiem, izraisot elektromagnētiskā lauka enerģijas nepārtrauktu palielināšanos dobumu iekšpusē, galu galā veidojot stabilu mikroviļņu svārstību.

Rezonējošās dobuma šūnas darbojas kā "enerģijas pastiprinātājs". Elektronu kustības enerģija uzkrājas dobuma iekšpusē. Ja ir izpildīti noteikti nosacījumi, tiek ģenerēti mikroviļņi, kas tiek izvadīti no magnetrona izejas gala (parasti viļņvada savienojuma). Šīs mikroviļņu šūnas pēc tam tiek izmantotas dažādos pielietojumos.

Pielietojuma lauki

Sadzīves tehnika – mikroviļņu krāsnis

Magnetrons ir mikroviļņu krāsniņu galvenā sastāvdaļa. Tas ģenerē mikroviļņus, kas var ātri uzsildīt pārtiku. Mikroviļņu krāsnī magnetrona radītajiem mikroviļņiem parasti ir 2450 MHz frekvence. Šī mikroviļņu frekvence var efektīvi izraisīt tādu polāro molekulu kā ūdens un tauku molekulas pārtikā vibrāciju augstās frekvencēs. Berze starp molekulām rada siltumu, tādējādi panākot ātru uzsilšanu.

Piemēram, piena krūzes uzsildīšana aizņem tikai dažas minūtes, un piens var sasniegt piemērotu dzeršanas temperatūru. Turklāt mikroviļņu krāsnis parasti uzsilda ēdienu relatīvi vienmērīgi, nodrošinot ērtu un ātru veidu, kā apmierināt cilvēku ikdienas vajadzības pēc ēdiena sildīšanas.

Rūpnieciskie pielietojumi

Mikroviļņu sildīšana un žāvēšana: Rūpnieciskajā ražošanā magnetronu radītos mikroviļņus var izmantot dažādu materiālu sildīšanai un žāvēšanai. Piemēram, kokapstrādes rūpniecībā koksnes žāvēšana mikroviļņu krāsnī var ievērojami samazināt žāvēšanas laiku, uzlabot ražošanas efektivitāti un samazināt koksnes deformāciju un plaisāšanu žāvēšanas procesā. Ķīmisko izejvielu žāvēšanai mikroviļņu sildīšana var panākt ātru un vienmērīgu žāvēšanas efektu, uzlabojot produktu kvalitāti.

Mikroviļņu sakari: Agrīnajās mikroviļņu sakaru sistēmās lomu spēlēja arī magnetroni. Tie varēja kalpot kā mikroviļņu signālu avoti, un mikroviļņu signāli tika pārraidīti uz uztvērēju caur viļņvadiem un citām pārraides ierīcēm, lai nodrošinātu tālsatiksmes saziņu. Tomēr, attīstoties pusvadītāju tehnoloģijai un citām jomām, mikroviļņu sakaros tagad biežāk tiek izmantoti cita veida mikroviļņu avoti.

Radaru sistēmas

Magnetronus var izmantot arī kā mikroviļņu avotus dažās vienkāršās radaru sistēmās. Tie var ģenerēt lielas jaudas mikroviļņu impulsus, ko izstaro antenas. Kad šie impulsi saskaras ar mērķa objektiem, tie tiek atstaroti atpakaļ. Radara uztveršanas sistēma uztver atstarotos mikroviļņu signālus, lai noteiktu mērķa objektu atrašanās vietu, ātrumu un citu informāciju.

Piemēram, dažās maza mēroga laikapstākļu radaru vai īsa darbības rādiusa novērošanas radaru sistēmās magnetroni var nodrošināt pietiekamu mikroviļņu jaudu, lai sasniegtu mērķa noteikšanas funkcijas.