Zarys fizyki żyrotronu. Cz. 1, Początki idei

• Autorzy: Pliński F. Edward , Nowak Kacper

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2024.11.2

Warianty tytułu

EN

An outline of gyrotron physics. Part 1, The origins of the idea

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Struktura niniejszego opracowania przypomina helisę elektronów w żyrotronie. Spiralę wirujących, inaczej, żyrujących elektronów, które przemieszczają się wraz z czytającym powtarzając temat za każdym obrotem, ale na coraz wyższym poziomie zaangażowania w fizykę i matematykę. W części I-ej niniejszego opracowania przedstawiono zarys historii naukowców i miasta, w którym powstało pierwsze na świecie relatywistyczne urządzenie typu CRM, znane dzisiaj jako „żyrotron”. Skrót CRM (Cyklotronowy Rezonans Magnetyczny) można wyjaśnić jako „mikrofalowe źródło stymulowanego promieniowania oparte na zjawisku rezonansu cyklotronowego”. Historia zaczyna się w 1898 r. wraz z utworzeniem Instytutu Politechnicznego im. Mikołaja II w Warszawie (dzisiaj Politechnika Warszawska), a kończy w 1964 r. wraz z uruchomieniem pierwszego na świecie żyrotronu w Niżno-Nowogrodzkim Instytucie Politechnicznym (w latach 1932 - 1990 Gorki). Bardzo krótko przedstawiono zasadę działania żyrotronu, ale przede wszystkim dużo miejsca poświęcono ludziom, naukowcom i organizatorom nauki w Gorkim, pierwszym, którzy stworzyli to urządzenie. W części II-ej, zgodnie z konstrukcją pracy, podnoszony jest poziom zaangażowania w fizykę żyrotronu. Ukazujemy bliżej mechanizmy i problemy związane z działaniem urządzenia. Przytoczono proste rachunki dla pokazania wpływu poprawki relatywistycznej na mechanizm generacji. Przedstawiono częściowo schematycznie i częściowo ze szczegółami niektóre aspekty konstrukcji lampy żyrotronowej. W części III-ej pokazano prosty sposób na zaprojektowanie, za pomocą krzywych dyspersyjnych. Wykreślono zależności w różnych konfiguracjach i pokazano, jak na podstawie wzajemnego położenie krzywych dyspersyjnych wyciągnąć wnioski dla teoretycznej i praktycznej realizacji wielu urządzeń z dziedziny elektroniki próżniowej.

EN

The structure of this study resembles the helical trajectory of electrons in a gyrotron - a spiral of spinning, or gyrating, electrons that move along with the reader, revisiting the subject with each turn but at an increasingly advanced level of engagement with physics and mathematics. In Part I of this work, an outline of the history of the scientists and the city where the world’s first relativistic CRM device - known today as the „gyrotron” - was developed is presented. The acronym CRM (Cyclotron Resonance Maser) can be explained as „a microwave source of stimulated radiation based on the phenomenon of cyclotron resonance.” The story begins in 1898 with the establishment of the Emperor Nicholas II Polytechnic Institute in Warsaw (now Warsaw University of Technology) and concludes in 1964 with the launch of the world’s first gyrotron at the Nizhny Novgorod Polytechnic Institute (called Gorky Polytechnic from 1932 to 1990). A brief explanation of the gyrotron’s operating principle is provided, but the focus is primarily on the people - scientists and science organizers in Gorky - who first created this device. In Part II, following the study’s structured approach, the level of engagement with gyrotron physics is elevated. Mechanisms and challenges related to the device’s operation are explored in greater depth. Simple calculations are provided to illustrate the impact of the relativistic correction on the generation mechanism. Certain aspects of the gyrotron tube’s construction are presented, partially schematically and partially in detail. In Part III, a straightforward method for design using dispersion curves is demonstrated. Relationships in various configurations are plotted, and it is shown how conclusions for the theoretical and practical implementation of various vacuum electronics devices can be drawn based on the relative positioning of the dispersion curves.

Słowa kluczowe

PL

żyrotron; Cyklotronowy Rezonans Magnetyczny; CRM

EN

gyrotron; Cyclotron Magnetic Resonance; CRM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 65, Nr 11
• Strony: 20--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Pliński F. Edward

• Politechnika Wrocławska, wyb. Wyspiańskiego 27, Wrocław

• https://orcid.org/0000-0001-7968-8036

autor

Nowak Kacper

• Politechnika Wrocławska, wyb. Wyspiańskiego 27, Wrocław

• https://orcid.org/0000-0002-5980-8237

Bibliografia

• [1]. Žáček A. 1924. „Nová metoda kvytvorení netlumenych oscilací (A new method for generation of undamped oscillations (a preliminary report))” 53: 378-380.
• [2]. Habann E. 1924. „Eine Neue Generatorroehre”, Zeit. fuer Hochfrequenz-technik 5 (24): 115-120.
• [3]. Yagi Y. 1928. „Beam Transmission of Ultra Short Waves”. Proc. IRE 16(6): 715-740. doi: 10.1109/JRPROC.1928.221464.
• [4]. Hull A. W. 1921. „The Effect of A Uniform Magnetic Field on the Motion of Electrons Between Coaxial Cylinders”. Phys. Rev. 18(1): 31-57. doi: 10.1103/PhysRev.18.31.
• [5]. Hull A. W. 1921. „The magnetron”. J. Am. Inst. Electr. Eng. 40(9): 715-723. doi: 10.1109/JoAIEE.1921.6594005.
• [6]. Wathen R. L. 1953. „Genesis of a generator -The early history of the magnetron”, Journal of the Franklin Institute 255(4): 271-287. doi: 10.1016/0016-0032(53)90388-3.
• [7]. Döhler G., Friz W. 1983. „Physics and classification of fast-wave devices†”. International Journal of Electronics 55(40): 505-521. doi: 10.1080/00207218308961626.
• [8]. Greenberger D., Hentschel K. Weinert F. 2009. Red., Compendium of Quantum Physics. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. doi: 10.1007/978-3-540-70626-7.
• [9]. Sommerfeld A. 1909. „Über die Verteilung der Intensität bei der Emission von Röntgenstrahlen”, Phys. Zeit. 10: 969-976.
• [10]. A. Sommerfeld. 1900. „Theoretisches uber die Beugung der Röntgenstrahlen”. Phys. Zeit. 2: 55-60.
• [11]. Miller M. A. 1997. „Избранные очерки о зарождении и взрослении радиофизики в горьковско-нижегородских местах (Selected Essays on the Origin and Growth of Radiophysics in Gorky-Nizhny Novgorod Places)”. Inst. Appl. Phys. RAS.
• [12]. Gaponov A. V. 1959. „Interaction of irrectilinear electron beams with electromagnetic waves in transmission lines”. lzv. VUZov. Radiofizika 2: 450-462.
• [13]. Gaponov A. V. 1959. „Letters to editor”. Izv. VUZov. Radiofizika 2: 836-837.
• [14]. Zhelezniakov V. V. 1960. „О неустойчивости магнитоактивной плазмы относительно высокочастотных электромагнитных возмущений (On the instability of a magneto-active plasma relative to high-frequency electromagnetic perturbations)”. Izv. VUZov. Radiofizika 1(3): 57–60.
• [15]. Antakov I. I., Vasilyev R. P. 1959. „Экспериментальное исследование усилителя с бегущей волной и трохоидальным электронным потоком при наличии отбора ускоряемых электронов (Experimental study of an amplifier with a traveling wave and a trochoidal electron beam in the presence of selection of accelerated electrons)”. Izv. VUZov. Radiofizika (2)5:741-747.
• [16]. Twiss R. Q. 1958. „Radiation transfer and the possibility of negative absorption m radio astronomy”, Australian Journal of Physics 11: 564-579.
• [17]. Schneider J. 1959. „Stimulated Emission of Radiation by Relativistic Electrons in a Magnetic Field”, Phys. Rev. Lett. 2(12): 504-505. doi: 10.1103/PhysRevLett.2.504.
• [18]. Vainshtein L. A. 1963. „Open resonators for lasers”, Sov. Phys. J. Exp. Theor. Phys. 3(17): 709-719.
• [19]. Katsenelenbaum B. Z. 1961. „Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами (Theory of irregular waveguides with slowly changing parameters)”, Moscow, USS R. 1-215.
• [20]. Weînsteîn L. A. 1969. Open resonators and open waveguides. Colorado: The Golem Press.
• [21]. Landau L. 1930. „Diamagnetismus der Metalle”, Cambridge, Cavendish Laboratory 5: 629-637.