जाइरोट्रॉन
एक जाइरोट्रॉन उच्च-शक्ति वाले रैखिक-बीम वैक्यूम ट्यूब का एक वर्ग है जो एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों के साइक्लोट्रॉन अनुनाद द्वारा मिलीमीटर-तरंग विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्पन्न करता है । इस प्रकार आउटपुट फ़्रीक्वेंसी रेंज लगभग 20 से 527 गीगाहर्ट्ज तक[1][2] माइक्रोवेव से टेराहर्ट्ज़ गैप के किनारे तक तरंग दैर्ध्य को कवर करती हैं । विशिष्ट आउटपुट पावर एस रेंज किलोवाट एस से 1-2 मेगावाट तक होती हैं। जाइरोट्रॉन को स्पंदित या निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। जाइरोट्रॉन का आविष्कार रूस के निज़नी नोवगोरोड स्थित एनआईआरएफआई में सोवियत वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था ।
सिद्धांत
जाइरोट्रॉन एक प्रकार का मुक्त-इलेक्ट्रॉन मेसर है इस प्रकार जो एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से आगे बढ़ने वाले इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजित साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि द्वारा उच्च-आवृत्ति वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण को उत्पन्न करता है[3][4] यह मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य पर उच्च शक्ति का उत्पादन कर सकता है क्योंकि फास्ट-वेव 'डिवाइस के रूप में इसके आयाम विकिरण के तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़े हो सकते हैं। यह पारंपरिक माइक्रोवेव वैक्यूम ट्यूब एस के विपरीत है जैसे कि क्लेस्ट्रॉन एस और मैग्नेट्रॉन एस, जिसमें तरंग दैर्ध्य एक एकल-मोड रेजोनेंट कैविटी , एक स्लो-वेव 'संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस प्रकार, जैसे-जैसे ऑपरेटिंग आवृत्तियां बढ़ती जाती हैं, गुंजयमान गुहा संरचनाओं को आकार में कम करना चाहिए, जो उनकी शक्ति-हैंडलिंग क्षमता को सीमित करता है।
गायरोट्रॉन में एक हॉट फिलामेंट में एक इलेक्ट्रॉन गन में ट्यूब के एक छोर पर इलेक्ट्रॉन एस के एक कुंडलाकार-आकार (खोखले ट्यूबलर) बीम का उत्सर्जन करता है, जो एक उच्च-वोल्टेज एनोड द्वारा त्वरित होता है। और फिर एक शक्तिशाली अक्षीय अनुनाद गुहा संरचना के माध्यम से एक शक्तिशाली अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र में यात्रा करता है, सामान्यतः ट्यूब के चारों ओर सुपरकंडक्टिंग चुंबक द्वारा बनाया जाता है। इस प्रकार फ़ील्ड इलेक्ट्रॉनों को को चुंबकीय क्षेत्र लाइनों के चारों ओर तंग हलकों में को स्थानांतरित करने का कारण बनता है क्योंकि वह ट्यूब के माध्यम से लंबाई में यात्रा करते हैं। ट्यूब में उस स्थिति में जहां चुंबकीय क्षेत्र अपने अधिकतम तक पहुंचता है, इलेक्ट्रॉनों ने अपने साइक्लोट्रॉन अनुनाद आवृत्ति पर एक अनुप्रस्थ दिशा (ट्यूब के अक्ष के लंबवत) में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण कर दिया। इस प्रकार मिलीमीटर विकिरण ट्यूब में स्टैंडिंग वेव्स बनता है, जो एक ओपन-एंडेड गुंजयमान गुहा के रूप में कार्य करता है, और एक बीम में बनता है, जो ट्यूब के किनारे एक खिड़की के माध्यम से वेवगाइड में विकिरण करता है। इस प्रकार खर्च किए गए इलेक्ट्रॉन बीम को ट्यूब के अंत में एक कलेक्टर इलेक्ट्रोड द्वारा अवशोषित किया जाता है।
अन्य रैखिक-बीम माइक्रोवेव ट्यूबों के रूप में, आउटपुट इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों की ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम के काइनेटिक एनर्जी से आती है, जो कि एनोड वोल्टेज में तेजी के कारण होती है। गुंजयमान गुहा से पहले के क्षेत्र में जहां चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ रही है, यह इलेक्ट्रॉन बीम को संपीड़ित करता है, अनुदैर्ध्य बहाव वेग को अनुप्रस्थ कक्षीय वेग में परिवर्तित करता है, एक प्रक्रिया में चुंबकीय दर्पण में प्लाज्मा कारावास में उपयोग किया जाता है।[4] इस प्रकार इलेक्ट्रॉनों का कक्षीय वेग 1.5 से 2 गुना उनके अक्षीय किरण वेग है।गुंजयमान गुहा में खड़ी तरंगों के कारण, इलेक्ट्रॉन गुच्छे हो जाते हैं; यही है, इस प्रकार उनका चरण सुसंगत (सिंक्रनाइज़) हो जाता है, इसलिए वह सभी एक ही समय में अपनी कक्षा में एक ही बिंदु पर हैं। इसलिए, वह सुसंगत विकिरण का उत्सर्जन करते हैं।
एक गायरोट्रॉन में इलेक्ट्रॉन की गति थोड़ी सापेक्ष है (प्रकाश की गति के पास में नहीं) के क्रम पर) हैं। इस प्रकार यह फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर (और क्सैसर ) के विपरीत है जो विभिन्न सिद्धांतों पर काम करते हैं और जिनके इलेक्ट्रॉन अत्यधिक सापेक्ष हैं।
अनुप्रयोग
जाइरोट्रॉन का उपयोग कई औद्योगिक और उच्च-प्रौद्योगिकी हीटिंग अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, जाइरोट्रॉन का उपयोग परमाणु संलयन अनुसंधान प्रयोगों में प्लाज्मा को गर्म करने के लिए किया जाता है और विनिर्माण उद्योग में ग्लास, कंपोजिट और सिरेमिक के प्रसंस्करण में तेजी से हीटिंग उपकरण के रूप में, साथ ही एनीलिंग (सौर और अर्धचालक) के लिए भी किया जाता है। इस प्रकार सैन्य अनुप्रयोगों में सक्रिय अस्वीकार प्रणाली सम्मिलित है ।
सत्र 2021 में क्वेज़ एनर्जी ने 20 किलोमीटर की गहराई में एक छेद को ड्रिल करने के लिए एक बोरिंग मशीन के रूप में एक गायरोट्रॉन का उपयोग करने के विचार की घोषणा की गई। इस प्रकार यह तकनीक 30 से 300 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्तियों का उपयोग करेगी और लेजर का उपयोग करने की तुलना में 10 12 चट्टान पर ऊर्जा को अधिक कुशलता से स्थानांतरित करेगी । वाष्पीकृत चट्टान से लेज़र और भी बाधित हो जाएंगे, जो लंबी तरंग दैर्ध्य को बहुत कम प्रभावित करेगा। 1-मेगावाट जाइरोट्रॉन के साथ 70 मीटर/घंटा की ड्रिलिंग दर संभव प्रतीत होती है।
प्रकार
ट्यूब की आउटपुट विंडो जिसमें से माइक्रोवेव बीम उभरती है, दो स्थानों पर हो सकती है। इस प्रकार अनुप्रस्थ-आउटपुट गायरोट्रॉन में, बीम ट्यूब के किनारे एक खिड़की के माध्यम से बाहर निकलता है। इसके लिए माइक्रोवेव बीम को प्रतिबिंबित करने के लिए गुहा के अंत में 45 ° दर्पण की आवश्यकता होती है, एक तरफ नियत किया जाता है जिससे कि इलेक्ट्रॉन बीम इसे याद करे। इस प्रकार अक्षीय-आउटपुट गायरोट्रॉन में, बीम बेलनाकार कलेक्टर इलेक्ट्रोड के दूर के छोर पर ट्यूब के अंत में एक खिड़की के माध्यम से बाहर निकलता है जो इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करता है।
सत्र 1964 में विकसित मूल गायरोट्रॉन एक थरथरानवाला था, किन्तु उस समय से गायरोट्रॉन एम्पलीफायर एस विकसित किया गया है। पेचदार गायरोट्रॉन इलेक्ट्रॉन बीम एक प्रयुक्त माइक्रोवेव सिग्नल को इसी तरह से बढ़ा सकता है जिस तरह से एक सीधा इलेक्ट्रॉन बीम मौलिक माइक्रोवेव ट्यूब जैसे कि क्लेस्ट्रॉन में बढ़ाता है, इसलिए गायरोट्रॉन की एक श्रृंखला होती है जो इन ट्यूबों के अनुरूप कार्य करती है। उनका लाभ यह है कि वे बहुत अधिक आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं।
जाइरो-मोनोट्रॉन (जाइरो-ऑसिलेटर) एक एकल-कैविटी गायरोट्रॉन है जो एक थरथरानवाला के रूप में कार्य करता है। इस प्रकार एक जाइरो-क्लिस्ट्रॉन एक एम्पलीफायर है जो क्लिस्ट्रॉन ट्यूब के अनुरूप कार्य करता है। इलेक्ट्रॉन बीम के साथ दो माइक्रोवेव कैविटीज है, एक इनपुट गुहा अपस्ट्रीम है, जिसमें सिग्नल को बढ़ाया जाना है और एक आउटपुट गुहा नीचे की ओर है जिसमें से आउटपुट लिया जाता है। एक जायरो-टीडब्ल्यूटी एक एम्पलीफायर है जो ट्रैवलिंग वेव ट्यूब (टीडब्ल्यूटी) के अनुरूप कार्य करता है। इसमें एक धीमी तरंग संरचना होती है, जो बीम को समेटने के लिए एक टीडब्ल्यूटी के समान होता है, इनपुट माइक्रोवेव सिग्नल अपस्ट्रीम एंड पर प्रयुक्त होता है और डाउनस्ट्रीम एंड से लिया गया प्रवर्धित आउटपुट सिग्नल होता है। इस प्रकार एक जाइरो-बीडब्ल्यूओ एक थरथरानवाला है जो बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर (बीडब्ल्यूओ) के अनुरूप कार्य करता है। यह इलेक्ट्रॉन बीम के विपरीत दिशा में यात्रा करने वाले दोलनों को उत्पन्न करता है, जो ट्यूब के अपस्ट्रीम छोर पर आउटपुट होते हैं। एक गायरो-ट्विस्ट्रॉन एक एम्पलीफायर है जो ट्विस्ट्रॉन , एक ट्यूब जो कि एक क्लेस्ट्रॉन और एक टीडब्ल्यूटी को जोड़ती है, के अनुरूप कार्य करता है। इस प्रकार एक क्लिस्ट्रॉन की तरह यह अपस्ट्रीम छोर पर एक इनपुट गुहा है, इसके पश्चात् इलेक्ट्रॉनों को गुन करने के लिए बंचर गुहाओं के पश्चात्, जो एक टीडब्ल्यूटी प्रकार की धीमी-तरंग संरचना द्वारा पीछा किया जाता है जो प्रवर्धित आउटपुट सिग्नल को विकसित करता है। इस प्रकार एक टीडब्ल्यूटी की तरह इसमें एक विस्तृत बैंडविड्थ है।
निर्माता
जाइरोट्रॉन का आविष्कार सोवियत संघ में हुआ था । वर्तमान निर्माताओं में कम्युनिकेशंस एंड पावर इंडस्ट्रीज (यूएसए), गाइकॉम (रूस), थेल्स ग्रुप (ईयू), तोशिबा (जापान, अब कैनन, इंक.), और ब्रिज12 टेक्नोलॉजीज सम्मिलित हैं । इस प्रकार सिस्टम डेवलपर्स में जाइरोट्रॉन टेक्नोलॉजी सम्मिलित है ।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Richards, Mark A.; William A. Holm (2010). "Power Sources and Amplifiers". Principles of Modern Radar: Basic Principles. SciTech Pub., 2010. p. 360. ISBN 978-1891121524.
- ↑ Blank, M.; Borchard, P.; Cauffman, S.; Felch, K.; Rosay, M.; Tometich, L. (2013-06-01). Experimental demonstration of a 527 GHz gyrotron for dynamic nuclear polarization. p. 1. doi:10.1109/PLASMA.2013.6635226. ISBN 978-1-4673-5171-3. S2CID 31007942.
{{cite book}}:|journal=ignored (help) - ↑ "What is a Gyrotron?". Learn about DNP-NMR spectroscopy. Bridge 12 Technologies. Retrieved July 9, 2014.
- ↑ 4.0 4.1 Borie, E. (c. 1990). "Review of Gyrotron Theory" (PDF). EPJ Web of Conferences. KfK 4898. 149: 04018. Bibcode:2017EPJWC.14904018N. doi:10.1051/epjconf/201714904018. Retrieved July 9, 2014.
बाहरी संबंध
- जाइरोट्रॉन
- कुपिसजेव्स्की, ए. (1979). "जाइरोट्रॉन: एक उच्च आवृत्ति माइक्रोवेव एम्पलीफायर" (PDF). डीप स्पेस नेटवर्क प्रगति रिपोर्ट. 42 (52): 8–12. Bibcode:1979dsn..nasa....8K. NASA Code 310-10-64-10.
