Co to jest Gyrotron?
Żyrotron jest formą lampy elektronowej lub lampy próżniowej, często nazywaną maserem rezonansowym cyklotronu ze względu na fakt, że jednym z jej najczęstszych zastosowań są badania fizyki wysokoenergetycznej w cyklotronach. Zaletą żyrotronu jest to, że może on wytwarzać ogromne ilości energii o częstotliwości radiowej (RF) w zakresie megawatów przy bardzo małych długościach fali zaledwie kilku milimetrów, co nie jest możliwe w przypadku standardowych lamp próżniowych. Proces ten może generować ogromną ilość ciepła, którą można wykorzystać do spiekania ceramiki lub ogrzewania plazmy w reaktorach do syntezy jądrowej. Żyrotrony są również bezpośrednio stosowane w obrazowaniu jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) do obserwowania mechaniki kwantowej na poziomie atomowym lub w mikroskopii rezonansu magnetycznego (MRI) do diagnoz medycznych.
Zasada działania żyrotronu została po raz pierwszy teoretycznie skonstruowana pod koniec lat 50. XX wieku, kiedy po raz pierwszy badano relatywistyczne działanie energii elektronów w cyklotronach. Wtryskując strumienie elektronów do pola elektromagnetycznego cyklotronu o równej częstotliwości, zaobserwowano efekt zwany niestabilnością masy ujemnej. Strumień elektronów miałby tendencję do zlepiania się ze standardowego promienia żyroskopowego lub Larmora, powodując, że elektrony zwalniają i uwalniają energię kinetyczną w procesie w postaci energii lub promieniowania o częstotliwości fal milimetrowych.
Wczesne elektronowe energie rezonansu cyklotronowego wykazały potencjał do ogrzewania plazmy w badaniach nad syntezą jądrową, ale technologia i naukowe zrozumienie, aby stworzyć system żyrotronowy, który był do tego zdolny, nie stały się dojrzałą nauką aż do pierwszej dekady XXI wieku. W miarę postępu nauki i technologii aplikacje żyrotronowe podzieliły się na wysokoenergetyczne systemy megawatowe do badań nad syntezą jądrową oraz na niskoenergetyczne systemy o mocy od 10 do 1000 wat do spektroskopii NMR. Tam, gdzie urządzenia wytwarzają promieniowanie terahercowe w zakresie od 100 gigaherców do 1 teraherców, są one wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych, takich jak diagnostyka plazmowa i ogrzewanie związków ceramicznych w wysokiej temperaturze. Badania w Japonii zwiększyły również wydajność urządzeń żyrotronowych średniego zasięgu o dużej mocy o 50% w porównaniu z 1994 r. Dzięki zastosowaniu konwertera trybu zintegrowanego w celu bardziej wydajnego przetwarzania energii wiązki elektronów w ciepło.
Ponieważ żyrotron jest formą wzmocnienia mikrofalowego przez urządzenie do stymulacji emisji promieniowania (MASER) lub lasera na swobodnych elektronach, który generuje pola elektromagnetyczne, ma pewne podobieństwo do zasady działania standardowej kuchenki mikrofalowej. Przenośny żyrotron może pracować w zakresie częstotliwości zwykle od 2 do 235 gigaherców, co czyni je przydatnymi urządzeniami do nieśmiercionośnych systemów uzbrojenia, które wojsko amerykańskie nazywa technologią Active Denial System (ADS). Urządzenie ADS oparte na żyrotronie może być skierowane przeciwko ludziom, dzięki czemu podgrzewa cząsteczki wody pod skórą, nie powodując trwałego uszkodzenia tkanek. Działa to jako pole odstraszające, które ma teoretyczne zastosowania w kontroli tłumu, aby zapobiec zamieszkom lub powstrzymać żołnierzy wroga lub cywilów przed zbliżaniem się do instalacji wojskowych i zestrzelonych samolotów.