Girotrone
Ungirotroneè una classe ditubi a vuotocon fascio lineare ad alta potenza che generaonde elettromagnetiche millimetrichesfruttando larisonanza di ciclotronedielettroniin un intensocampo magnetico.Lefrequenzedi uscita vanno da circa 20 a 527GHz,[1][2]coprendo le lunghezze d'onda che vanno dallemicroondeal limite delleradiazioni terahertz.Lepotenzedi uscita tipiche vanno da decine dikilowatta 1-2megawatt.I girotroni possono funzionare a impulsi o in modo continuo. Il girotrone è stato inventato dagliscienziati sovietici[3]al Radiophysical Research Institute (NIRFI), con sede aNizhny Novgorod,inRussia.
Principio
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Il girotrone è unmasera elettroni liberi che genera radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza mediante la risonanza di ciclotrone stimolata di elettroni che si muovono attraverso un forte campo magnetico.[4][5]Può produrre onde elettromagnetiche ad elevata potenza con lunghezze d'onda di dimensioni millimetriche, molto più grandi di quelle delle radiazioni dei tradizionalitubi a vuotoa microonde, come ilklystrone ilmagnetron,in cui la lunghezza d'onda è determinata da unacavità risonantemonomodale. Pertanto, all'aumentare delle frequenze operative, le strutture della cavità risonante devono diminuire di dimensioni, il che limita la loro capacità di gestione della potenza.
Nel girotrone uncannone elettronicoa un'estremità del tubo emette un fascio dielettronidi forma anulare che viene accelerato da unanodoad alta tensione per viaggiare attraverso una grande cavità risonante di forma tubolare immersa in un internsocampo magneticoparallelo al tubo, solitamente creato da unmagnetesuperconduttoreche lo avvolge. Il campo fa sì che gli elettroni si muovanoelicoidalmentein cerchi stretti attorno alle linee del campo magnetico mentre viaggiano longitudinalmente attraverso il tubo. Nel punto del tubo in cui il campo magnetico raggiunge il suo massimo, gli elettroni irradiano onde elettromagnetiche in direzione trasversale (perpendicolare all'asse del tubo) alla loro frequenza di risonanza del ciclotrone. La radiazione millimetrica forma onde stazionarie nel tubo, che funge dacavità risonanteaperta, le quali si raggruppano in un raggio che si irradia attraverso una finestra sul lato del tubo, verso unaguida d'ondache termina su un elettrodo collettore all'estremità del tubo.
Come in altri tubi a microonde a fascio lineare, l'energia delle onde elettromagnetiche in uscita derivadall'energia cineticadel fascio di elettroni, che è dovuta all'accelerazione della tensione anodica. Nella regione prima della cavità risonante l'intensità del campo magnetico aumenta e comprime il fascio di elettroni, convertendo la velocità di deriva longitudinale in velocità orbitale trasversale, in un processo simile a quello che si verifica in unospecchio magneticoutilizzato per ilconfinamento del plasma.[5]La velocità orbitale degli elettroni è da 1,5 a 2 volte la loro velocità del fascio assiale. A causa delle onde stazionarie nella cavità risonante, gli elettroni si "addensano", cioè la loro fase diventacoerente(sincronizzata), trovandosi tutti nello stesso punto della loro orbita allo stesso istante. Pertanto, emettonoradiazioni coerenti,come in unlaser.
La velocità degli elettroni in un girotrone è dell'ordine della velocità della luce ma non molto vicina ad essa, a differenza dellaser a elettroni liberiche funziona con principi diversi e i cui elettroni sono altamente relativistici.
Applicazioni
[modifica|modifica wikitesto]I girotroni sono tipicamente utilizzati in ambito industriale per riscaldare materiali a elevate temperature. Ad esempio, vengono utilizzati negli esperimenti di ricercasulla fusione nucleareper riscaldare iplasmie anche nell'industria manifatturiera come strumento di riscaldamento rapido nella lavorazione di vetro, compositi e ceramica, nonché per la ricottura (solare e semiconduttori). Le applicazioni militari includono ilsistema di negazione attiva.
Nel 2021 la Quaise Energy ha annunciato l'idea di utilizzare un girotrone come dispositivo per scavare un pozzo di 20 chilometri per produrre energia geotermica.[6]
Produttori
[modifica|modifica wikitesto]Il girotrone è stato inventato inUnione Sovietica.[7]Gli attuali produttori includono Communications & Power Industries (USA), Gycom (Russia),Thales Group(UE),Toshiba,divenutaCanon, Inc.(Giappone)[8]e Bridge12 Technologies.
Note
[modifica|modifica wikitesto]- ^Mark A. Richards e William A. Holm,Power Sources and Amplifiers,inPrinciples of Modern Radar: Basic Principles,SciTech Pub., 2010, 2010, pp. 360,ISBN978-1891121524.
- ^M. Blank, P. Borchard e S. Cauffman,Experimental demonstration of a 527 GHz gyrotron for dynamic nuclear polarization,in2013 Abstracts IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS),1º giugno 2013, p. 1,DOI:10.1109/PLASMA.2013.6635226,ISBN978-1-4673-5171-3.
- ^High-Magnetic-Field Research and Facilities(1979). Washington, D.C.: National Academy of Sciences. p. 51.
- ^bridge12,https://web.archive.org/web/20170302205850/http:// bridge12 /learn/gyrotron.URL consultato il 9 luglio 2014(archiviato dall'url originaleil 2 marzo 2017).
- ^abE. Borie,Review of Gyrotron Theory(PDF), inEPJ Web of Conferences,vol. 149, c. 1990, pp. 04018,DOI:10.1051/epjconf/201714904018.
- ^(EN)Quaise Energy,suQuaise Energy.URL consultato il 19 aprile 2022.
- ^National Research Council (U.S.). Panel on High Magnetic Field Research and Facilities,Defense Technology - High Frequency Radiation,inHigh-Magnetic-Field Research and Facilities,Washington, D.C., National Academy of Sciences, 1979, pp. 50–51,OCLC13876197.
- ^vol. 41, 2020,DOI:10.1007/s10762-019-00631-y,https://oadoi.org/10.1007/s10762-019-00631-y.
Voci correlate
[modifica|modifica wikitesto]Altri progetti
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Collegamenti esterni
[modifica|modifica wikitesto]- (EN)gyrotron,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
