मॅग्नेट्रॉन कसे कार्य करते आणि कार्य करते

मॅग्नेट्रॉन - एक विशेष इलेक्ट्रॉनिक उपकरण ज्यामध्ये अल्ट्रा-हाय-फ्रिक्वेंसी ऑसीलेशन (मायक्रोवेव्ह ऑसिलेशन्स) ची निर्मिती वेगाच्या दृष्टीने इलेक्ट्रॉन प्रवाह मोडून काढली जाते. मॅग्नेट्रॉन्सने उच्च आणि अति-उच्च फ्रिक्वेन्सी प्रवाहांसह गरम करण्याच्या अनुप्रयोगाच्या क्षेत्राचा मोठ्या प्रमाणात विस्तार केला आहे.

समान तत्त्वावर आधारित अॅम्प्लिट्रॉन (प्लॅटिनोट्रॉन्स), क्लायस्ट्रॉन आणि ट्रॅव्हलिंग वेव्ह दिवे कमी सामान्य आहेत.

मॅग्नेट्रॉन हा हाय पॉवर मायक्रोवेव्ह फ्रिक्वेन्सीचा सर्वात प्रगत जनरेटर आहे. हा विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्राद्वारे नियंत्रित इलेक्ट्रॉन बीमसह एक चांगला रिकामा केलेला दिवा आहे. ते महत्त्वपूर्ण शक्तींवर खूप लहान लाटा (एक सेंटीमीटरच्या अपूर्णांकापर्यंत) प्राप्त करणे शक्य करतात.

मॅग्नेट्रॉन्स कॅथोड आणि एनोडमधील कंकणाकृती अंतरामध्ये तयार केलेल्या परस्पर लंब विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीचा वापर करतात. इलेक्ट्रोड्समध्ये अॅनोडिक व्होल्टेज लागू केले जाते, ज्यामुळे रेडियल इलेक्ट्रिक फील्ड तयार होते, ज्याच्या प्रभावाखाली गरम झालेल्या कॅथोडमधून काढलेले इलेक्ट्रॉन एनोडकडे धावतात.

एनोड ब्लॉक इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या ध्रुवांच्या दरम्यान ठेवलेला असतो, जो मॅग्नेट्रॉनच्या अक्षाच्या बाजूने निर्देशित केलेल्या कंकणाकृती अंतरामध्ये चुंबकीय क्षेत्र तयार करतो. चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, इलेक्ट्रॉन रेडियल दिशेपासून विचलित होतो आणि एका जटिल सर्पिल मार्गावर फिरतो. कॅथोड आणि एनोड मधील जागेत, जीभांसह एक फिरणारा इलेक्ट्रॉन मेघ तयार होतो, जो स्पोकसह चाकाच्या हबची आठवण करून देतो. एनोड पोकळी रेझोनेटर्सच्या स्लॉट्समधून उडत असताना, इलेक्ट्रॉन त्यांच्यामध्ये उच्च-वारंवारता दोलन उत्तेजित करतात.

तांदूळ. 1. मॅग्नेट्रॉन एनोड ब्लॉक

प्रत्येक पोकळी रेझोनेटर वितरित पॅरामीटर्ससह एक दोलन प्रणाली आहे. विद्युत क्षेत्र स्लॉटमध्ये केंद्रित आहे आणि चुंबकीय क्षेत्र पोकळीच्या आत केंद्रित आहे.

मॅग्नेट्रॉनमधून आउटपुट ऊर्जा एक किंवा अधिक वेळा दोन समीप रेझोनेटर्समध्ये ठेवलेल्या प्रेरक लूपद्वारे प्राप्त होते. कोएक्सियल केबल लोडला वीज पुरवते.

तांदूळ. 2. मॅग्नेट्रॉन उपकरण

मायक्रोवेव्ह करंट्ससह गरम करणे वेव्हगाइड्समध्ये वर्तुळाकार किंवा आयताकृती क्रॉस-सेक्शनसह किंवा व्हॉल्यूम रेझोनेटर्समध्ये चालते ज्यामध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा सर्वात सोपा फॉर्म TE10 (H10) (वेव्हगाइड्समध्ये) किंवा TE101 (कॅव्हिटी रेझोनेटर्समध्ये). हीटिंग ऑब्जेक्टला इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह उत्सर्जित करून देखील गरम केले जाऊ शकते.

मॅग्नेट्रॉन्स सरलीकृत रेक्टिफायर सर्किटसह रेक्टिफाइड करंटद्वारे समर्थित आहेत. खूप कमी पॉवर युनिट्स एसी पॉवरवर चालतात.

मॅग्नेट्रॉन 0.5 ते 100 GHz पर्यंत वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीवर कार्य करू शकतात, काही W ते दहापट kW पर्यंत सतत मोडमध्ये आणि स्पंदित मोडमध्ये 10 W ते 5 MW पर्यंतच्या शक्तीसह पल्स कालावधी मुख्यतः अपूर्णांकांपासून दहापट मायक्रोसेकंदपर्यंत असू शकतात.

तांदूळ. 2. मायक्रोवेव्ह ओव्हनमध्ये मॅग्नेट्रॉन

यंत्राची साधेपणा आणि मॅग्नेट्रॉन्सची तुलनेने कमी किंमत, उच्च तीव्रता आणि मायक्रोवेव्ह प्रवाहांच्या विविध अनुप्रयोगांसह एकत्रितपणे, उद्योग, कृषी (उदाहरणार्थ, मध्ये डायलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्स) आणि घरी (मायक्रोवेव्ह ओव्हन).

मॅग्नेट्रॉन ऑपरेशन

तर तो मॅग्नेट्रॉन आहे विद्युत दिवा अल्ट्रा-हाय-फ्रिक्वेंसी ऑसिलेशन्स (डेसिमीटर आणि सेंटीमीटर लहरींच्या श्रेणीमध्ये) निर्माण करण्यासाठी वापरलेले एक विशेष डिझाइन. त्याचे वैशिष्ट्य म्हणजे कायम चुंबकीय क्षेत्राचा वापर (दिव्याच्या आत इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीसाठी आवश्यक मार्ग तयार करण्यासाठी), पासून ज्याला मॅग्नेट्रॉन हे नाव मिळाले.

मल्टी-चेंबर मॅग्नेट्रॉन, ज्याची कल्पना प्रथम एम.ए. बोंच-ब्रुविच यांनी मांडली होती आणि सोव्हिएत अभियंते डी.ई. मल्यारोव्ह आणि एनएफ अलेक्सेव्ह यांनी साकारली होती, हे व्हॉल्यूम रेझोनेटर्ससह इलेक्ट्रॉन ट्यूबचे संयोजन आहे. मॅग्नेट्रॉनमध्ये यापैकी अनेक पोकळी रेझोनेटर असतात, म्हणूनच या प्रकाराला मल्टी-चेंबर किंवा मल्टी-कॅव्हीटी म्हणतात.

मल्टी-चेंबर मॅग्नेट्रॉनचे डिझाइन आणि ऑपरेशनचे सिद्धांत खालीलप्रमाणे आहे. यंत्राचा एनोड हा एक मोठा पोकळ सिलेंडर आहे, ज्याच्या आतील पृष्ठभागावर अनेक छिद्रे असलेल्या पोकळ्या बनविल्या जातात (या पोकळ्या व्हॉल्यूम रेझोनेटर असतात), कॅथोड सिलेंडरच्या अक्षावर स्थित असतो.

मॅग्नेट्रॉन सिलेंडरच्या अक्षाच्या बाजूने निर्देशित केलेल्या कायमस्वरूपी चुंबकीय क्षेत्रात ठेवलेला असतो. या चुंबकीय क्षेत्राच्या बाजूच्या कॅथोडमधून बाहेर पडणारे इलेक्ट्रॉन प्रभावित होतात लॉरेन्ट्झ फोर्स, जे इलेक्ट्रॉनचा मार्ग वाकवतो.

चुंबकीय क्षेत्र निवडले जाते जेणेकरून बहुतेक इलेक्ट्रॉन वक्र मार्गांवर फिरतात जे एनोडला स्पर्श करत नाहीत. डिव्हाइस कॅमेरे (कॅव्हिटी रेझोनेटर) दिसल्यास विद्युत कंपने (व्हॉल्यूममधील लहान चढ-उतार नेहमीच विविध कारणांमुळे होतात, उदाहरणार्थ, एनोड व्होल्टेज चालू केल्यामुळे), नंतर एक पर्यायी इलेक्ट्रिक फील्ड केवळ चेंबर्सच्या आतच नाही तर छिद्रांजवळ (स्लॉट्स) बाहेर देखील अस्तित्वात आहे.

एनोडच्या जवळ उडणारे इलेक्ट्रॉन या फील्डमध्ये येतात आणि फील्डच्या दिशेनुसार, त्यांच्यामध्ये एकतर वेग वाढवतात किंवा कमी होतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉनला फील्डद्वारे गती दिली जाते, तेव्हा ते रेझोनेटर्सकडून ऊर्जा घेतात, उलटपक्षी, जेव्हा ते कमी होतात, तेव्हा ते रेझोनेटर्सना त्यांची काही ऊर्जा सोडून देतात.

जर प्रवेगक आणि क्षीण इलेक्ट्रॉनची संख्या समान असेल तर सरासरी ते रेझोनेटर्सना ऊर्जा देणार नाहीत. परंतु इलेक्ट्रॉन्स, जे मंद होतात, त्यांना एनोडकडे जाताना जेवढा वेग मिळतो त्यापेक्षा कमी असतो. म्हणून, त्यांच्याकडे कॅथोडवर परत येण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा नाही.

याउलट, रेझोनेटर फील्डद्वारे प्रवेगित झालेल्या इलेक्ट्रॉनमध्ये कॅथोडकडे परत येण्यासाठी आवश्यक त्यापेक्षा जास्त ऊर्जा असते. म्हणून, पहिल्या रेझोनेटरच्या क्षेत्रात प्रवेश करणारे इलेक्ट्रॉन, त्यात प्रवेगक असतात, ते कॅथोडकडे परत जातील आणि त्यात जे मंद झाले आहेत ते कॅथोडकडे परत येणार नाहीत, परंतु एनोडच्या जवळ वक्र मार्गाने फिरतील आणि खाली पडतील. खालील रेझोनेटर्सच्या क्षेत्रात.

हालचालींच्या योग्य वेगाने (जे रेझोनेटरमधील दोलनांच्या वारंवारतेशी संबंधित आहे), हे इलेक्ट्रॉन पहिल्या रेझोनेटरच्या क्षेत्राप्रमाणेच दोलनांच्या समान टप्प्यासह दुसऱ्या रेझोनेटरच्या क्षेत्रात पडतील, म्हणून , दुसऱ्या रेझोनेटरच्या क्षेत्रामध्ये, ते देखील कमी होतील.

अशा प्रकारे, इलेक्ट्रॉन वेगाच्या योग्य निवडीसह, म्हणजे.एनोड व्होल्टेज (तसेच चुंबकीय क्षेत्र, जे इलेक्ट्रॉनचा वेग बदलत नाही, परंतु त्याची दिशा बदलते), अशी परिस्थिती प्राप्त करणे शक्य आहे की वैयक्तिक इलेक्ट्रॉन एकतर केवळ एका रेझोनेटरच्या क्षेत्राद्वारे प्रवेगित होईल, किंवा अनेक रेझोनेटर्सच्या फील्डमुळे कमी होते.

म्हणून, इलेक्ट्रॉन, सरासरी, रेझोनेटर्सना त्यांच्यापासून दूर करतील त्यापेक्षा जास्त ऊर्जा देतील, म्हणजेच, रेझोनेटर्समध्ये होणारे दोलन वाढतील आणि अखेरीस, त्यांच्यामध्ये स्थिर मोठेपणाचे दोलन स्थापित केले जातील.

रेझोनेटर्समध्ये दोलन राखण्याची प्रक्रिया, ज्याचा आपण सोप्या पद्धतीने विचार केला आहे, त्यासोबत आणखी एक महत्त्वाची घटना आहे, कारण रेझोनेटरच्या फील्डद्वारे इलेक्ट्रॉन्सचा वेग कमी होण्यासाठी, दोलनाच्या एका विशिष्ट टप्प्यावर या फील्डमध्ये उडणे आवश्यक आहे. रेझोनेटरचे, हे स्पष्ट आहे की ते एकसमान नसलेल्या प्रवाहात फिरले पाहिजेत (टी. नंतर ते रेझोनेटर फील्डमध्ये कोणत्याही वेळी प्रवेश करतील, विशिष्ट वेळी नव्हे तर वैयक्तिक बंडलच्या स्वरूपात.

यासाठी, इलेक्ट्रॉनचा संपूर्ण प्रवाह तार्‍यासारखा असला पाहिजे, ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र बीममध्ये आत फिरतात आणि संपूर्ण तारा मॅग्नेट्रॉनच्या अक्षाभोवती अशा वेगाने फिरतो की त्याचे किरण प्रत्येक चेंबरमध्ये येतात. योग्य क्षण. इलेक्ट्रॉन बीममध्ये स्वतंत्र बीम तयार करण्याच्या प्रक्रियेस फेज फोकसिंग म्हणतात आणि रेझोनेटरच्या व्हेरिएबल फील्डच्या क्रियेखाली आपोआप चालते.

आधुनिक मॅग्नेट्रॉन सेंटीमीटर श्रेणीतील सर्वोच्च फ्रिक्वेन्सीपर्यंत कंपने तयार करण्यास सक्षम आहेत (1 सेमी पर्यंतच्या लाटा आणि त्याहूनही लहान) आणि सतत किरणोत्सर्गासह अनेक शंभर वॅट्सपर्यंत आणि स्पंदित किरणोत्सर्गासह अनेक शंभर किलोवॅटपर्यंत शक्ती प्रदान करतात.

हे देखील पहा:विद्युत अभियांत्रिकी आणि उर्जेमध्ये कायम चुंबकाच्या वापराची उदाहरणे