Was ist ein Cavity Magnetron?
Ein Hohlraummagnetron ist eine Art Vakuumröhre, die Mikrowellen erzeugt, also kurzwellige Radiowellen. Elektronenströme werden durch Magnetfelder manipuliert, wodurch Mikrowellen emittiert werden. Das erste Hohlraummagnetron wurde 1940 von zwei britischen Physikern entwickelt und führte zur Entwicklung tragbarer Radargeräte. Noch heute werden diese Geräte in Radargeräten und als Generator der elektromagnetischen Wellen verwendet, mit denen jeder Mikrowellenherd Lebensmittel zubereitet.
Eine Kathode ist in der Mitte einer hohlzylinderförmigen Anode angebracht. Der zentrale Hohlraum, der ebenfalls zylinderförmig ist, ist mit weiteren kleineren Hohlräumen in der Außenwand des Zylinders verbunden, und an jedem Ende ist ein großer Magnet angebracht. Die Magnetfelder bewirken, dass die Elektronen auf ihrem Weg zur Anode um die Kathode herum spiralförmig verlaufen, anstatt sich in einer geraden Linie zu bewegen. Die Wechselwirkung des Elektronenflusses mit dem Magnetfeld bewirkt ein elektrisches Resonanzfeld innerhalb der Hohlräume in der äußeren Zylinderwand, das Mikrowellen aussendet. Ein Hohlraummagnetron kann so ausgelegt sein, dass es Mikrowellen einer gewünschten Frequenz aussendet.
Die Entwicklung des Hohlraummagnetrons war einer der wichtigsten technologischen Fortschritte des 20. Jahrhunderts. Dank seiner Implementierung konnten tragbare Radargeräte auf Schiffen und Flugzeugen montiert werden und bodengestützte Radare wurden effizienter und effektiver. Diese verbesserte Radartechnologie wird allgemein dafür anerkannt, dass sie den Alliierten im Zweiten Weltkrieg einen erheblichen Vorteil gegenüber den Achsenmächten in diesem Gebiet verschafft.
Im Jahr 2011 sind Hohlraummagnetrons für Radarsysteme immer noch weit verbreitet, obwohl neuere Technologien, die alternative Sender verwenden, beginnen, sie zu ersetzen. Dies liegt an der Tatsache, dass es aufgrund der Natur der oszillierenden elektrischen Felder, die die Mikrowellen aussenden, schwierig ist, sie auf präzise schmale Frequenzbänder abzustimmen, sowie an anderen Überlegungen, wie der Nähe des Menschen zu starker elektromagnetischer Strahlung, wenn diese Systeme vorhanden sind in Flugzeugen und Schiffen montiert. Bestehende Radarsysteme werden in der Regel nicht ersetzt oder aufgerüstet. Aus diesem Grund sind Hohlraummagnetrons noch viele Jahre oder sogar Jahrzehnte in Radargeräten im Einsatz.
Mikrowellenöfen verwenden Hohlraummagnetrons, obwohl diese viel kleiner und weniger leistungsstark sind als die für Radargeräte verwendeten. In einem Mikrowellenherd werden die Mikrowellen in den Garraum geleitet und von einem Diffusor verteilt, wodurch die Speisen gleichmäßiger gegart werden. Die meisten Mikrowellenöfen verwenden ein Hohlraummagnetron, das bei großen kommerziellen Modellen etwa 2500 Watt emittiert, während sehr leistungsstarke Hohlraummagnetrons für Radaranwendungen Millionen von Watt erzeugen können.