Magnetron je naprava, ki uporablja interakcijo toka elektronov, ki jih vodi magnetno polje, z votlinami v bloku bakra za proizvodnjo mikrovalovnega sevanja. Frekvenčno območje sevanja je odvisno od velikosti votlin. Naprave se uporabljajo v radarjih in mikrovalovnih pečicah, kjer sevanje povzroči, da molekule v hrani – zlasti molekule vode – vibrirajo, kar vodi do hitrega dviga temperature, ki zadostuje za kuhanje hrane.
Kako deluje
Magnetron je sestavljen iz kratkega bakrenega valja s številnimi votlinami, ki se odpirajo v osrednjo vakuumsko komoro, ki vsebuje kovinsko katodo. Trajni magnet zagotavlja magnetno polje, ki poteka vzporedno z osjo valja. Katodo segreva visokonapetostni enosmerni tok, zaradi česar proizvaja elektrone, ki tečejo proti steni cilindra pod pravim kotom na magnetno polje. Polje odvrne elektrone v ukrivljene poti, zaradi česar v votlinah vzpostavijo krožne tokove. Ti tokovi proizvajajo mikrovalovno sevanje na frekvencah, ki so povezane z velikostjo votlin.
Mikrovalovne pečice je treba nato usmeriti tja, kjer so potrebne. To dosežemo s kovinsko strukturo, znano kot valovod, po kateri potujejo valovi. Običajno se razteza izven glavnega telesa iz ene od votlin, zajema mikrovalovne pečice in jih vodi po svoji dolžini. V primeru magnetrona, ki se uporablja za radar, se valovod poveže z anteno, ki oddaja valove. V mikrovalovni pečici bo valove usmeril v komoro pečice, tako da jih bo mogoče uporabiti za kuhanje.
uporabljate
Magnetroni se uporabljajo za ustvarjanje mikrovalov za radar, saj lahko dosežejo zahtevano izhodno moč. Pomanjkljivost preprostega magnetrona je, da čeprav je obseg proizvedenih frekvenc določen z velikostjo votlin, obstajajo razlike v tem območju zaradi nihanj toka in temperaturnih sprememb. Čeprav to ni problem, ko se proizvedena energija uporablja za ogrevanje, vpliva na natančnost radarskih slik. To je mogoče premagati z uporabo nastavljivih prevodnih materialov, ki jih je mogoče vstaviti v votline, da po potrebi prilagodijo sevanje.
Najbolj znana uporaba magnetronov je v mikrovalovni pečici. Ti usmerjajo valove v majhno kuhalno komoro, kjer se lahko hrana kuha zelo hitro. Nekatere molekule v hrani so polarne, kar pomeni, da imajo na eni strani pozitiven naboj, na drugi pa negativen. Te molekule, ko so bombardirane z elektromagnetnim sevanjem v mikrovalovnem območju, se uskladijo z izmeničnimi električnimi in magnetnimi polji, ki jih povzročajo valovi, zaradi česar hitro vibrirajo, kar vodi do hitrega segrevanja. Ena takih molekul je voda, ki je prisotna v znatnih količinah v večini živil.
Zgodovina
V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je Albert Hull, uslužbenec v znanem električnem podjetju, raziskoval vakuumske cevi, ko je ustvaril magnetron. Hull pa si je lahko zamislil le malo uporab za svoj izum in nekaj časa je ostal večinoma neuporabljen. V poznih 1920-ih in zgodnjih 1930-ih sta se dva inženirja po imenu Harry Boot in John Randall odločila, da bosta napravo dodatno raziskala. Prejšnje različice so bile sestavljene iz katode in anod znotraj steklene cevi, vendar sta Boot in Randall namesto tega uporabila baker, dober električni prevodnik, za izdelavo ohišja z votlinami, ki so delovale tudi kot anoda. Posledica tega je bila naprava, ki je bila veliko močnejša in je proizvedla 1940 vatov v prostoru, manjšem od štirih palcev (400 cm).
Ko sta Boot in Randall razvila močnejše magnetronske cevi, sta odkrila, da so te idealne za radar. Med drugo svetovno vojno so jih začele uporabljati ameriške podmornice, kar je radarski opremi omogočilo hitrejše odkrivanje sovražnikovih ladij. V poznih štiridesetih letih prejšnjega stoletja je dr. Percy Spenser, ameriški inženir in izumitelj, v svojem laboratoriju dodatno testiral izhod magnetronskih cevi. Opozoril je, da se je sladkarija v njegovem žepu popolnoma stopila, medtem ko je delal s cevmi. Odločil se je, da bo v bližino strojev postavil nekaj jedrc pokovke, da bi videl, kaj se bo zgodilo, in opazil, da so zaradi tega jedrca pokala.
Dr. Spenser je poklical svojega pomočnika in moža sta se odločila, da bosta v bližino naprave postavila celo jajce. Ko je jajce eksplodiralo, je dr. Spenser ugotovil, da je odkril fascinantno obliko kuhanja. Spenser je leta 1947 pomagal ustvariti prvo mikrovalovno pečico na svetu. Začetni model je tehtal več kot 700 funtov (318 kg), bil je visok več kot pet čevljev (1.5 metra) in stal več kot 5,000 ameriških dolarjev (USD).