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Concept
Gyrotron
Résumé
A gyrotron is a class of high-power linear-beam vacuum tubes that generates millimeter-wave electromagnetic waves by the cyclotron resonance of electrons in a strong magnetic field. Output frequencies range from about 20 to 527 GHz, covering wavelengths from microwave to the edge of the terahertz gap. Typical output powers range from tens of kilowatts to 1–2 megawatts. Gyrotrons can be designed for pulsed or continuous operation. The gyrotron was invented by Soviet scientists at NIRFI, based in Nizhny Novgorod, Russia.
The gyrotron is a type of free-electron maser that generates high-frequency electromagnetic radiation by stimulated cyclotron resonance of electrons moving through a strong magnetic field. It can produce high power at millimeter wavelengths because, as a fast-wave device, its dimensions can be much larger than the wavelength of the radiation. This is unlike conventional microwave vacuum tubes such as klystrons and magnetrons, in which the wavelength is determined by a single-mode resonant cavity, a slow-wave structure. Thus, as operating frequencies increase, the resonant cavity structures must decrease in size, which limits their power-handling capability.
In the gyrotron, a hot filament in an electron gun (1) at one end of the tube emits an annular-shaped (hollow tubular) beam of electrons (6), which is accelerated by a high-voltage DC anode (10) and then travels through a large tubular resonant cavity structure (2) in a strong axial magnetic field, usually created by a superconducting magnet around the tube (8). The field causes the electrons to move helically in tight circles around the magnetic field lines as they travel lengthwise through the tube. At the position in the tube where the magnetic field reaches its maximum (2), the electrons radiate electromagnetic waves, parallel to the axis of the tube, at their cyclotron resonance frequency. The millimeter radiation forms standing waves in the tube, which acts as an open-ended resonant cavity, and is formed into a beam.
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Concepts associés (12)
Tube à ondes progressives
Le tube à ondes progressives (TOP), (en anglais : Traveling-Wave Tube, TWT) est un tube à vide utilisé en hyperfréquences pour réaliser des amplificateurs de faible, moyenne ou forte puissance. Il permet de réaliser des amplificateurs puissants (couramment quelques centaines de watts), à haute fréquence (commercialement jusqu'à la bande W, 94 GHz, en 2014, expérimentalement jusqu'à 860 GHz) dans une large bande (jusqu'à deux octaves).
Klystron
thumb|120px|Klystron Le klystron est un tube à vide qui permet de réaliser des amplifications de moyenne et forte puissance à bande étroite en hyperfréquences. Leur invention est généralement attribuée aux frères Russel et Sigurd Varian, en 1937 à l'université Stanford. En 1939, une forme plus maniable de klystron est développée en Angleterre par Robert Stutton et est appelée le « reflex klystron ». La puissance des klystrons peut atteindre plus de .
Laser à électrons libres
Un laser à électrons libres (en free electron laser : FEL) est un type de laser qui fonctionne en utilisant des électrons qui ne sont pas liés à un atome, d’où l'adjectif « libres », pour créer des photons. La lumière produite est à la fois cohérente, intense et peut avoir une longueur d'onde située dans une large gamme, depuis les micro-ondes jusqu'aux rayons X durs, en passant par l'ultra-violet, le domaine visible et l'infrarouge. Les lasers à électrons libres ont été suggérés en 1971 par le physicien John M.