Magnetron

Schematisk bild av magnetron i drift. Magnetfältet i axiell riktning ej visat

Enmagnetronanvänds för att vid hög effekt genereramikrovågor,för användning i till exempelradaranläggningarochmikrovågsugnar. Om bättre frekvenskontroll önskas används enklystroneller ettvandringsvågrör.

Uppbyggnad och funktion

Delvis uppskuren magnetron. Magneten som ger ett axiellt riktat fält är inte med på bilden. Vågledaren syns till vänster

Magnetronen är ett slagselektronrörmed en hetkatodi ett cylindriskt centrum. Katoden ges en starktnegativ potentialav en likspänningskälla. Runt katoden finns ett vakuumutrymme och utanför detta enanodmed kaviteter. Ett statiskt magnetfält är riktataxielltochLorentzkraftenleder till att elektroner som lämnar katoden tenderar att böjas av i spiralformade banor.

När elektronerna passerar förbi kaviteterna induceras elektriska strömmar runt kaviteterna och elektronerna förlorarrörelseenergi,snabba elektroner mer än långsamma, vilket leder till att elektronerna samlas i grupper (en form av hastighetsmodulation). Bildandet av grupper av elektroner ökar den variation av rymdladdning som kaviteterna känner och ökar därmed storleken av de inducerade strömmarna.

Denväxelströmmed tillhörandemagnetfält,som induceras runt en kavitet, ger området eninduktivegenskap. Växelströmmen oscillerar mellan två med strömriktningen växlande poler, vilka ger enkapacitivegenskap. Kavitetens resonansfrekvens (vilken också är de emitterade mikrovågornas frekvens) kan därför ges den analoga tolkningen som resonansen hos en parallellkrets för vilken gäller

$f_{resonans}\approx {\frac {1}{2\pi }}{\sqrt {\frac {1}{LC}}}$

Uttag av energi görs med enantennsom är ansluten till envågledare.Vågledaren leder mikrovågorna till förbrukningsstället, till exempel kokkammaren i en mikrovågsugn eller antennen i en radarutrustning.

Mikrovågsugnar arbetar normalt vid cirka 2,4 GHz vilket motsvarar envåglängdav cirka 12 cm medan frekvenserna hos radaranläggningar varierar över ett mycket stort område.

I en ordinär mikrovågsugn kan till exempel 1100 W generera omkring 700 W nyttig effekt, det vill säga verkningsgraden är cirka 65 %. Om mer avancerad styrning används, exempelvis växlande frekvenser, blir verkningsgraden 25–30 %.

Källor

• Max Kesselberg (2023).”En liten köksrevolution”.Fysikaktuellt(Svenska fysikersamfundet) (1): sid. 30-31.http:// fysikersamfundet.se/wp-content/uploads/FA-1-2023_webb.pdf.Om magnetronen och mikrovågsugnen.