理系の雑学・豆知識

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マグネトロンの原理 について解説

マグネトロンの基本的な構造は真空の容器の中心にフィラメントで加熱された陰極から電子が放出され、正の高い電圧の円筒状の陽極が陰極の回りを取り囲んでいて、その外側にはコイルが巻かれ真空容器の軸方向に磁界を発生させます。

 

コイルで発生する磁界の方向は前面から裏面に向かっている状態で

 

{①}コイルに流す電流がほとんど無い場合には(磁界極小)、陰極から放出された電子は陽極に向かって直進します。

{②}コイルに流す電流が少なければ(磁界小)、陰極から放出された電子はフレミングの右手の法則に従って少し曲げられてから陽極に到達します。

{③}コイルに流す電流が少し強くなれば(磁界中)、陰極から放出された電子はフレミングの右手の法則に従って大きく曲げられてから陽極に到達します。

{④}コイルに流す電流が強くなれば(磁界強)、陰極から放出された電子はフレミングの右手の法則に従って大きく曲げられて陽極に到達できなくなります。

{⑤}{⑥}コイルに流す電流がより強くなれば(磁界強強)、陰極から放出された電子はフレミングの右手の法則に従って更に大きく曲げられて陽極に到達できなくなります。

電子の軌道が曲げられると電磁波を発生します。

 

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キャビティーマグネトロンの動作原理

上記のマグネトロンにおいて陽極の中に開口部のある空洞を作つくり、③の磁界強度で動作させると陽極中の空洞内でも電子が回転することで陽極の電位(外部から高い電圧が引火されています)が更に高くなる部分「+」と低くなる部分「-」ができます。

 

 

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陽極には電位が高くなっている部分と低くなっている部分ができると個々の電子は強く加速される部分と加速が弱くなる部分が生じ、電子の軌道はぐにゃぐにゃに曲げられます。このぐにゃぐにゃに曲げられタ結果非常に高い周波数の電磁波が生じます。

 

 

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陰極から放出される電子は各方向にほぼ均等に放出され貸すが、放出される場所によって強く加速される部分と加速が弱くなる部分が生じ、空間的な電子の密度分布が生じます。

 

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電子の密度分布は回転します。

 

 

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