Магнетрон

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Jump to navigation Jump to search

Магнетронът е мощна радиолампа, която генерира микровълни. Използват се в микровълновите фурни, както и в радарите.

Конструкция и действие[редактиране | редактиране на кода]

Сечение на магнетрон, магнитът не е показан

Всички магнетрони са изградени от нажежаем проводник (катод), към който е приложено високо отрицателно напрежение от постояннотоково захранване. Катодът се намира в центъра на вакуумирана цилиндрична камера. Чрез постоянен магнит се създава магнитно поле със силови линии, паралелни на повърхността на катода. Магнитното поле променя праволинейния ход на електроните, излъчени от катода и насочени към стената на камерата (играеща роля на (анод) и вместо по права линия, те започват да се движат по спирала. При движението си електроните индуцират високочестотно поле, което на свой ред въздейства върху електроните и ги събира в групи. Част от полето се извлича чрез антена, свързана с вълновод (обикновено метална тръба с правоъгълно сечение). Вълноводът насочва високочестотната енергия към товара – това може да е микровълнова фурна или антената на радар.

По края на камерата са разположени цилиндрични отвори (кухини), които играят ролята на резонатори. Размерът на кухините определя резонансната честота, т.е. честотата на генерираните микровълни. Честотата обаче не може да се контролира точно. Това не е проблем при някои приложения като фурните или при радарите, където приемникът може да се настрои към разстроения сигнал. Където обаче е необходима точно зададена честота се използват други устройства, като клистрона. Мощността на устройството се определя от приложеното напрежение и от параметрите на катода.

Магнетронът е доста ефективно устройство. Например микровълновата фурна консумира около 1 100 W електрическа енергия и създава 700 W микровълнова енергия, т.е. ефективността (коефициент на полезно действие) е около 65%. Съвременните електронни източници на микровълни на тези честоти работят при ефективност типично 25 – 30% и се използват основно поради способността им да генерират в по-широк честотен спектър. Така магнетронът намира приложения основно там, където е от значение голямата изходна мощност, а стабилната работна честота не е от толкова голямо значение.

Охлаждане[редактиране | редактиране на кода]

Магнетрон с магнит, монтиран в кожух. Хоризонталните пластини служат за охлаждане, подпомогнато от вентилатор

В микровълновите фурни вълноводът е съединен с работната камера за готвене. Тук е съществено в нея да има обект, който да поглъща излъчените вълни, защото отражението им (например от метални части) може да доведе до образуване на стоящи вълни и искрене. Ако това продължи дълго време, магнетронът може да се разруши. Затова при нагряване на много малки обекти се препоръчва да се добави чаша вода, която да поглъща енергията.

История[редактиране | редактиране на кода]

Осцилирането на електроните в магнетрон е било наблюдавано и описано за първи път от Аугустин Жачек, професор в Карловия университет, Прага, макар че първият прост, двуполярен магнетрон, е разработен през 20-те години от Албърт Хол в лабораториите на General Electric (Скенектъди, Ню Йорк). Това било част от изследванията му върху магнитно управление на радиолампата.

При разработването на радарите по време на Втората световна война имало спешна нужда от генератор на микровълни с висока мощност и с по-къса дължина на вълната – около 10 cm (3 GHz) вместо 150 cm (200 MHz), която била получавана от ламповите генератори по онова време. Известно е, че през 1935 Ханс Холман в Берлин разработил резонансен магнетрон с няколко кухини. Германските военни обаче не харесали нестабилността на честотата и вместо това използвали за радарите си клистрони. Тове е една от причините, поради които нощните бойни радари на германците не можели да се сравняват с английските.

През 1940 Джон Рандал и Нари Буут от Университета в Бирмингам изработили работещ прототип, подобен на магнетрона на Холман, но добавили течно охлаждане и по-здрава кухина. Скоро те успели да увеличат мощността му 100 пъти. Вместо да отписват магнетрона поради дрейфа на честотата, те следили изходния сигнал и синхронизирали приемника си към генерираната честота.

През 1936 – 1937 година руският конструктор Павел Ощепков успява да сконструира първия магнетрон със дисковидна конструкция – а после и първия съветски радиолокатор. Но първите съветски радари „Буря“, „РУС-1“ и „РУС-2“, впрочем, не са се наричали радиолокатори, защото тогава дори не е съществувал такъв термин – а са им казвали електровизори. Ала през 1937 година Ощепков е арестуван като вредител по делото „Тухачевски“, и е осъден на 5 години затвор – като му припомнят и работата по едно такова „буржоазно чудо“ като радиолокатора, обвинявайки го, че това е някакъв безумен, нереален проект. Въпреки това, още през 1938 г. руснаците започват производството на радиолокаторите РУС-1 и РУС-2 – като ги интегрират в противовъздушната отбрана на Москва и Ленинград. Всъщност военните се изказват много добре за първите съветски радиолокатори – и единствените им претенции са към размерите на устройствата, които са сравнително големи. Впоследствие обаче инженерите успяват да намалят значително размерите на радиолокаторите и дори монтират един от тях на един от черноморските си крайцери – лекия крайцер „Молотов“ или „Слава“. Междувременно лабораторията, където е работил Ощепков и която се занимава с разработката и внедряването на магнетроните, в края на 1941 г. предоставя голяма част от информацията за магнетрона, а също и чертежи, на английски специалисти, дошли за обмяна на опит. [1]. И само след няколко месеца англичаните започват масово производство на свои магнетрони – по получените съветски чертежи и технологии. Самият Ощепков през 1939 г. е освободен – във връзка със недоказаността на обвиненията. Освен това, ангажират го да се занимава със прибори за нощно виждане – тогава едно абсолютно ново направление. Но пак му припомнят старите буржозни грехове и пак го арестуват – през 1941 г. И пак го осъждат на 5 години затвор – но след застъпничеството на академик Йоффе и на маршал Жуков, който е бил много доволен от използването на радиолокаторите във фронтови условия, го прехвърлят в затворническо общежитие или „шарашка“ във Свердловск, където той през цялата война се занимава със системи за радиолокация, за нощно виждане и за визуализиране на откритите от радарите цели. Впоследствие се издига до началник на лаборатория и до ръководител на отдел в НИИ на Академията за артилерийски науки. Умира през 1992 г. Магнетроните, създадени от него, се използват във почти всички съветски радиолокатори – но след 1944 г. руснаците масово купуват английски магнетрони, които се оказват по-евтини. Впрочем, през същата година англичаните успяват да произведат почти сто пъти повече магнетрони, отколкото руснаците и американците, взети заедно – и е разбираемо, че цената на техните изделия е доста по-ниска. Но след 1947 г. руснаците възобновяват производството на свои магнетрони, както и на други СВЧ прибори – ала изключително за военни цели, а не за битови.

Оттогава са произведени милиони магнетрони, някои от тях за радари, но повечето основно за микровълнови фурни. Поради необходимостта от по-прецизни сигнали употребата на магнетроните в радарите намалява, а конструкторите се пренасочват към клистрони и лампи с бягаща вълна.

Приложения[редактиране | редактиране на кода]

Радар[редактиране | редактиране на кода]

В радарните устройства магнетронът служи за източник на електромагнитните вълни, като се използват много кратки импулси на подаваното напрежение и съответно се получават кратки импулси микровълново излъчване. Вълноводът е свързан с антена която излъчва насочен сноп радиовълни. Отразените от обекта вълни се връщат обратно и се улавят от приемник, като полученото изображение се изобразява върху екран.

Микровълнова фурна[редактиране | редактиране на кода]

Поради характерното взаимодействие на микровълните с молекулите на водата и мазнините, магнетронът се използва като източник на енергия за стопляне и готвене на храна. Предимствата на този вид енергия в сравнение с обикновеното топлинно нагряване е, че при микровълновата се постига нагряване едновременно в целия обем на храната.

Разпрашване[редактиране | редактиране на кода]

Едно важно промишлено приложение на магнетроните е при нанасянето на тънки слоеве чрез бомбардировката на катод от искания материал с ускорени йони. При бомбардировката на катода в условията на ниско налягане (вакуум) се излъчват (разпрашват) частици от материала, които се отлагат под формата на тънък слой върху желаната подложка. Използването на магнетрон при катода силно увеличава ефективността на процеса на разпрашване.

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. книгите на М. Лобанов, руски специалист по РЛС, както и други източници. Впрочем, в един от източниците се изказва и предположението, че един от английските специалисти просто открадва част от документацията. Но това е твърде маловероятно, защото, съгласно Заповедта на др. Сталин за оказване на съдействие на западните съюзници, те не е трябвало нищо да крадат – просто руснаците, съгласно тази заповед, са предоставили много документация, технологии и стратегически материали на Англия и на САЩ, като частична компенсация за помощта им по системата ленд-лиз. А останалата част на ленд-лиз доставките – се е плащала със злато

Външни препратки[редактиране | редактиране на кода]

Информация
Патенти
Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното Лиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Cavity magnetron“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница. Вижте източниците на оригиналната статия, състоянието ѝ при превода, и списъка на съавторите.