ジャイロトロンとは？

ジャイロトロンは、最も頻繁に使用されるものの1つがサイクロトロンの高エネルギー物理学研究であるという事実のために、しばしばサイクロトロン共鳴メーザーと呼ばれる電子管または真空管の形式です。 ジャイロトロンが提供する利点は、わずか数ミリメートルの非常に小さな波長でメガワット範囲の膨大な量の無線周波数（RF）エネルギーを生成できることです。これは標準の真空管では不可能です。 このプロセスは大量の熱を発生させる可能性があり、これを使用してセラミックスを焼結したり、核融合研究炉でプラズマを加熱したりできます。 ジャイロトロンは、原子レベルでの量子力学的効果を観察するための核磁気共鳴（NMR）イメージングや、医療診断のための磁気共鳴顕微鏡（MRI）でも直接使用されます。

ジャイロトロンがどのように機能するかの原理は、電子エネルギーの相対論的効果がサイクロトロンで初めて研究された1950年代後半に初めて理論的に構成されました。 電子の流れを同じ周波数でサイクロトロンの電磁場に注入することにより、負の質量不安定性として知られる効果が観察されました。 電子流は、標準のジャイロ半径またはラーモア半径から集まって、電子を減速させ、プロセス中の運動エネルギーをミリメートル波長の無線周波数エネルギーまたは放射として放出する傾向があります。

初期の電子サイクロトロン共鳴エネルギーは、核融合研究でプラズマを加熱する可能性を示しましたが、これを確実に実現できるジャイロトロンシステムを作成する技術と科学的理解は、21世紀の最初の10年まで成熟した科学になりませんでした。 科学技術の進歩に伴い、ジャイロトロンアプリケーションは核融合研究用の高エネルギーメガワットシステムと、NMR分光法用の低エネルギー10〜1,000ワットシステムに分割されました。 デバイスが100ギガヘルツから1テラヘルツの範囲のテラヘルツ放射を生成する場合、プラズマ診断やセラミック化合物の高温加熱などの産業用途で使用されます。 また、日本の研究では、統合モードコンバーターを使用して電子ビームエネルギーをより効率的に熱に変換することにより、中距離から高出力のジャイロトロンデバイスの効率が1994年に50％向上しました。

ジャイロトロンは、誘導放出によるマイクロ波増幅（MASER）デバイスまたは電磁場を生成する自由電子レーザーの一種であるため、標準的な電子レンジの動作の背後にある原理とある程度類似しています。 ポータブルジャイロトロンは、通常2〜235ギガヘルツの周波数範囲で動作することができ、これにより、米軍がActive Denial System（ADS）テクノロジーと呼ぶ非致死兵器システムに有用なデバイスになります。 ジャイロトロンに基づいたADSデバイスは、組織に永続的な損傷を与えることなく、皮膚の下の水分子を加熱する効果があるため、人間を標的にすることができます。 これは、暴動を防止するため、または敵の兵士や民間人が軍事施設や航空機のダウンに近づかないようにするために、群衆制御に理論的に適用される抑止フィールドとして機能します。