Zarys fizyki żyrotronu. Część II . Zjawiska fizyczne

An Outline of Gyrotron Physics. Part II : Physical Phenomena

nr katalogowy: 152206
10.15199/13.2024.12.7

Streszczenie
W pracy omówiono najważniejsze zjawiska fizyczne występujące we wnęce rezonatora żyrotronowego, ze szczególnym uwzględnieniem efektów relatywistycznych. Przedstawione tu rozumowanie zilustrowano prostymi obliczeniami i pokazano, że dopiero poprawka relatywistyczna matematycznego opisu pozwala zrozumieć mechanizm generacji promieniowania cyklotronowego. Pokazano w pracy, że podstawą działania żyrotronu jest relatywistyczny rezonans cyklotronowy. Taki scenariusz jest kluczowym procesem w rezonatorze żyrotronu, który prowadzi do zwiększenie częstości cyklotronowej względem częstości własnej rezonatora. Ten pożądany efekt umożliwia uniknięcie powtórnej absorpcji promieniowania przez elektrony. Pokazano schematycznie niektóre aspekty konstrukcji lampy żyrotronowej. Omawiane w pracy zjawiska przyczyniły się do rozwoju elektroniki próżniowej i powstania takich urządzeń jak klistrony, magnetrony, czy lampy o fali bieżącej i wstecznej.

Abstract
The paper discusses the key physical phenomena occurring within the cavity of a gyrotron resonator, with particular emphasis on relativistic effects. The presented idea is illustrated by simple calculations, demonstrating that only the relativistic correction allows for understanding the mechanism of cyclotron radiation generation. It is shown that the operation of the gyrotron is based on the relativistic cyclotron resonance. This scenario is a crucial process in the gyrotron resonator, leading to an increase in the cyclotron frequency relative to the resonator’s natural frequency. This desirable effect prevents the reabsorption of radiation by electrons. Some aspects of the gyrotron tube construction are schematically illustrated. The phenomena discussed in the paper have contributed to the development of vacuum electronics and the creation of devices such as klystrons, magnetrons, and traveling and backward wave tubes.

Kacper Nowak
Edward F. Pliński