O que é um Gyrotron?
Um girotron é uma forma de tubo de elétrons ou tubo de vácuo, geralmente chamado de maser de ressonância de ciclotron, devido ao fato de que um de seus usos mais frequentes é na pesquisa de física de alta energia em ciclotrons. A vantagem que um gyrotron oferece é que ele pode gerar enormes quantidades de energia de radiofrequência (RF) na faixa de megawatt em comprimentos de onda muito pequenos de apenas alguns milímetros, o que não é possível para tubos de vácuo padrão. O processo pode gerar uma quantidade enorme de calor, que pode ser usada para sinterizar cerâmica ou aquecer plasma em reatores de pesquisa de fusão. Os girotrons também são empregados diretamente na ressonância magnética nuclear (RMN) para observar efeitos da mecânica quântica no nível atômico ou na ressonância magnética (MRI) para diagnósticos médicos.
O princípio por trás do funcionamento de um girotron foi teoricamente composto no final dos anos 50, quando os efeitos relativísticos da energia eletrônica estavam sendo estudados em ciclotrons pela primeira vez. Ao injetar fluxos de elétrons no campo eletromagnético de um ciclotrão com uma frequência igual, foi observado um efeito conhecido como instabilidade de massa negativa. A corrente de elétrons tenderia a se agrupar a partir de um raio padrão de Gyroradius ou Larmor, fazendo com que os elétrons desacelerassem e liberassem energia cinética no processo como energia ou radiação de radiofrequência em comprimento de onda milimétrico.
As primeiras energias de ressonância com ciclotrão de elétrons demonstraram o potencial de aquecer plasmas na pesquisa de fusão, mas a tecnologia e o entendimento científico para criar um sistema de giro- tron que fosse confiável com isso não se tornou uma ciência madura até a primeira década do século XXI. À medida que a ciência e a tecnologia avançavam, as aplicações de girotron se dividiam em sistemas de megawatt de alta energia para pesquisa de fusão e sistemas de 10 a 1.000 watts de baixa energia para espectroscopia de RMN. Onde os dispositivos produzem radiação terahertz na faixa de 100 gigahertz a 1 terahertz, eles são usados em aplicações industriais, como diagnóstico de plasma e aquecimento de alta temperatura de compostos cerâmicos. Pesquisas no Japão também aumentaram em 50% a eficiência de dispositivos girotron de médio alcance para alta potência a partir de 1994, usando um conversor de modo integrado para converter com mais eficiência a energia do feixe de elétrons em calor.
Como um girotron é uma forma de dispositivo de amplificação por micro-ondas por emissão estimulada de radiação (MASER) ou laser de elétrons livre que gera campos eletromagnéticos, ele tem alguma semelhança com o princípio por trás de como um forno de micro-ondas padrão opera. Um giroscópio portátil pode ser operado em uma faixa de frequências de 2 a 235 gigahertz, o que os torna dispositivos úteis para sistemas de armas não letais que os militares dos EUA chamam de tecnologia Active Denial System (ADS). Um dispositivo ADS baseado em um girotron pode ser direcionado contra seres humanos, com o efeito de aquecer moléculas de água sob a pele sem causar danos permanentes aos tecidos. Isso atua como um campo de dissuasão que tem aplicações teóricas no controle de multidões para impedir tumultos ou impedir que soldados ou civis inimigos se aproximem de instalações militares e aeronaves caídas.