Co je to Gyrotron?
Gyrotron je forma elektronové trubice nebo vakuové trubice, která je často označována jako cyklotronový rezonanční masér kvůli skutečnosti, že jedním z jeho nejčastějších použití je výzkum ve vysoce energetické fyzice v cyklotronech. Výhodou, kterou gyrotron nabízí, je to, že může generovat obrovské množství vysokofrekvenční (RF) energie v rozsahu megawattů při velmi malých vlnových délkách pouhých několika milimetrů, což není možné u standardních vakuových zkumavek. Tento proces může generovat obrovské množství tepla, které může být použito k slinování keramiky nebo ohřevu plazmy ve fúzních výzkumných reaktorech. Gyrotrony se také přímo používají v zobrazování nukleární magnetickou rezonancí (NMR) pro pozorování kvantových mechanických efektů na atomové úrovni nebo v magnetické rezonanční mikroskopii (MRI) pro lékařské diagnózy.
Princip fungování gyrotronu byl poprvé teoreticky složen koncem padesátých let, kdy byly poprvé zkoumány relativistické účinky energie elektronů v cyklotronech. Vstřikováním proudů elektronů do elektromagnetického pole cyklotronu se stejnou frekvencí byl pozorován efekt známý jako negativní nestabilita hmoty. Proud elektronů by měl tendenci se seskupovat ze standardního gyroradia nebo Larmorova poloměru, což by způsobilo, že elektrony zpomalí a uvolní kinetickou energii v procesu jako milimetrová vlnová délka vysokofrekvenční energie nebo záření.
Rané elektronové cyklotronové rezonanční energie prokázaly potenciál pro zahřívání plazmatu ve fúzním výzkumu, ale technologie a vědecké porozumění pro vytvoření gyrotronového systému, který byl spolehlivě schopný tohoto, se nestal vyspělou vědou až do první dekády 21. století. Jak věda a technologie pokročila, aplikace gyrotronu se rozdělily na vysoce energetické megawattové systémy pro fúzní výzkum a nízkoenergetické 10- až 1 000 wattové systémy pro NMR spektroskopii. Pokud zařízení produkují terahertzové záření v rozsahu 100 gigahertzů až 1 terahertzů, používají se v průmyslových aplikacích, jako je diagnostika plazmatu a vysokoteplotní ohřev keramických sloučenin. Výzkum v Japonsku také zvýšil účinnost středních a vysoce výkonných gyrotronových zařízení o 50% od roku 1994 pomocí konvertoru s integrovaným režimem pro efektivnější přeměnu energie elektronového paprsku na teplo.
Protože gyrotron je forma zařízení pro mikrovlnné zesílení pomocí stimulované emise záření (MASER) nebo laser s volným elektronem, který vytváří elektromagnetická pole, má určitou podobnost s principem fungování standardní mikrovlnné trouby. Přenosný gyrotron může být provozován v rozsahu frekvencí typicky od 2 do 235 gigahertzů, což z nich činí užitečná zařízení pro neletální zbraňové systémy, které americká armáda označuje jako technologii aktivního denial systému (ADS). Zařízení ADS založené na gyrotronu může být zaměřeno proti lidem s účinkem, že zahřívá molekuly vody pod kůží, aniž by způsobovalo trvalé poškození tkáně. Působí jako odrazující pole, které má teoretické aplikace při kontrole davu, aby se zabránilo nepokojům nebo aby nepřátelské vojáky nebo civilisté zabránili v přístupu k vojenským zařízením a sestřeleným letadlům.