كليسترون في الكهرباء

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 11 صور
الموسوعة الحرة
كليسترون بقدرة 400  كيلوواط يُستخدم للاتصالات الفضائية في مجمع كانبرا للاتصالات الفضائية العميقة . هذا جهاز احتياطي مخزن.
أنبوب كليسترون بقوة 5  كيلو واط يستخدم كمضخم طاقة في جهاز إرسال تلفزيوني UHF، 1952. عند تركيبه، يبرز الأنبوب من خلال ثقوب في مركز رنانات التجويف، مع اتصال جوانب التجاويف بالحلقات المعدنية الموجودة على الأنبوب.

الكليسترون هو أنبوب مفرغ متخصص ذو شعاع خطي ، اخترعه المهندسان الكهربائيان الأمريكيان راسل وسيغورد فاريان عام 1937 ، [ 1 ] ويُستخدم كمضخم للترددات الراديوية العالية ، من نطاق UHF وصولاً إلى نطاق الميكروويف . تُستخدم الكليسترونات منخفضة الطاقة كمذبذبات في وصلات اتصالات الميكروويف الأرضية ، بينما تُستخدم الكليسترونات عالية الطاقة كأنابيب إخراج في أجهزة إرسال التلفزيون UHF ، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، وأجهزة إرسال الرادار ، ولتوليد الطاقة اللازمة لتشغيل مسرعات الجسيمات الحديثة .

في الكليسترون، يتفاعل شعاع الإلكترونات مع الموجات الراديوية أثناء مروره عبر تجاويف رنانة ، وهي عبارة عن صناديق معدنية تمتد على طول أنبوب. [ 2 ] يمر شعاع الإلكترونات أولًا عبر تجويف تُطبق عليه إشارة الدخل. تعمل طاقة شعاع الإلكترونات على تضخيم الإشارة، ثم تُؤخذ الإشارة المُضخمة من تجويف في الطرف الآخر من الأنبوب. يمكن إعادة توجيه إشارة الخرج إلى تجويف الدخل لتكوين مذبذب إلكتروني لتوليد الموجات الراديوية. يمكن أن يكون كسب الطاقة في الكليسترون عاليًا، يصل إلى 60  ديسيبل (زيادة في قدرة الإشارة بمقدار مليون ضعف)، مع قدرة خرج تصل إلى عشرات الميغاواط ، لكن عرض النطاق الترددي ضيق، وعادةً ما يكون بضعة بالمئة، على الرغم من أنه قد يصل إلى 10% في بعض الأجهزة. [ 2 ]

الكليسترون الانعكاسي هو نوع قديم يتم فيه عكس شعاع الإلكترون على طول مساره بواسطة قطب كهربائي عالي الجهد، يستخدم كمذبذب.

أصل الكلمة

يُشتق اسم "كليسترون" من الفعل اليوناني κλύζω ( كليزو ) الذي يشير إلى فعل الأمواج المتكسرة على الشاطئ، واللاحقة -τρον ("ترون") التي تعني المكان الذي يحدث فيه هذا الفعل. [ 3 ] وقد اقترح اسم "كليسترون" هيرمان فرانكل ، أستاذ قسم الدراسات الكلاسيكية في جامعة ستانفورد، عندما كان جهاز الكليسترون قيد التطوير. [ 4 ]

تاريخ

أول كليسترون تجاري، صنعته شركة وستنجهاوس عام ١٩٤٠. تم قطع جزء من الأنبوب لإظهار تركيبه الداخلي. على اليسار، يوجد المهبط والمصعد المُسرِّع، اللذان يُولِّدان حزمة الإلكترونات. في المنتصف بين الدعامات الخشبية، يوجد أنبوب الانجراف، مُحاطًا برنانين تجويفيين حلقيين الشكل: "المُجمِّع" و"المُستقبِل". طرف الإخراج مرئي في الأعلى. على اليمين، يوجد مصعد المُجمِّع المخروطي الشكل، الذي يمتص الإلكترونات. كان بإمكانه توليد ٢٠٠  واط من الطاقة عند طول موجي ٤٠  سنتيمترًا (٧٥٠  ميجاهرتز) بكفاءة ٥٠٪.

كان الكليسترون أول مصدر قوي بشكل ملحوظ للموجات الراديوية في نطاق الموجات الميكروية ؛ فقبل اختراعه، كانت المصادر الوحيدة هي أنبوب باركهاوزن-كورتس والمغنطرون ذو الأنود المنفصل ، واللذان كانا محدودين بقدرة منخفضة للغاية. اخترعه الأخوان راسل وسيغورد فاريان في جامعة ستانفورد . اكتمل نموذجهما الأولي وعُرض بنجاح في 30 أغسطس 1937. [ 5 ] عند نشره عام 1939، [ 3 ] أثرت أخبار الكليسترون بشكل فوري على عمل الباحثين الأمريكيين والبريطانيين العاملين على معدات الرادار . أسس الأخوان فاريان شركة فاريان أسوشيتس لتسويق هذه التقنية (على سبيل المثال، لصنع مسرعات خطية صغيرة لتوليد الفوتونات للعلاج الإشعاعي بالحزمة الخارجية ). سبق عملهما وصف تعديل السرعة من قبل أ. أرسينجيفا-هيل وأوسكار هايل (زوج وزوجة) عام 1935، على الرغم من أن الأخوان فاريان ربما لم يكونا على دراية بعمل عائلة هايل. [ 6 ]

كان لعمل الفيزيائي دبليو دبليو هانسن دورٌ محوريٌ في تطوير الكليسترون، وقد استشهد به الأخوان فاريان في بحثهما المنشور عام ١٩٣٩. ويمكن استخدام تحليله للرنان، الذي تناول مشكلة تسريع الإلكترونات نحو هدف، بنفس الكفاءة لإبطاء الإلكترونات (أي تحويل طاقتها الحركية إلى طاقة ترددات راديوية في الرنان). خلال الحرب العالمية الثانية، كان هانسن يُحاضر في مختبرات الإشعاع بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يومين في الأسبوع، وكان يسافر يوميًا إلى بوسطن من شركة سبيري جيروسكوب في لونغ آيلاند. أطلق الأخوان فاريان على رنانه اسم "الرومباترون". [ ١ ] توفي هانسن بمرض البريليوم عام ١٩٤٩ نتيجة تعرضه لأكسيد البريليوم (BeO).

خلال الحرب العالمية الثانية، اعتمدت دول المحور بشكل أساسي على تقنية الكليسترون (التي كانت آنذاك منخفضة الطاقة وذات أطوال موجية طويلة) لتوليد الموجات الميكروية في أنظمة الرادار، بينما استخدم الحلفاء تقنية المغنطرون التجويفي الأكثر قوة ولكنها تعاني من انحراف التردد لتوليد موجات ميكروية سنتيمترية ذات أطوال موجية أقصر بكثير. ومنذ ذلك الحين، تم تطوير تقنيات أنابيب الكليسترون لتطبيقات ذات طاقة عالية جدًا، مثل السنكروترونات وأنظمة الرادار.

مباشرةً بعد الحرب، استخدمت شركة AT&T صمامات كليسترون بقدرة 4 واط في شبكتها الجديدة كليًا من وصلات الترحيل بالميكروويف التي غطت الولايات المتحدة المتجاورة. [ 7 ] وفرت الشبكة خدمة الهاتف لمسافات طويلة، كما نقلت إشارات التلفزيون لشبكات التلفزيون الرئيسية. وقامت شركة ويسترن يونيون للتلغراف أيضًا ببناء وصلات اتصال بالميكروويف من نقطة إلى نقطة باستخدام محطات إعادة إرسال وسيطة على مسافات تقارب 40 ميلًا في ذلك الوقت، باستخدام صمامات كليسترون انعكاسية من نوع 2K25 في كل من أجهزة الإرسال والاستقبال. في بعض التطبيقات، تم استبدال صمامات الكليسترون بترانزستورات الحالة الصلبة. [ 8 ] وقد تم تطوير صمامات كليسترون عالية الكفاءة تتميز بكفاءة أعلى بنسبة 10% من صمامات الكليسترون التقليدية. [ 9 ]

عملية

تُضخّم الكليسترونات إشارات الترددات الراديوية عن طريق تحويل الطاقة الحركية في حزمة إلكترونية ذات تيار مستمر إلى طاقة ترددات راديوية. في الفراغ، تُطلق حزمة من الإلكترونات بواسطة مدفع إلكتروني أو مهبط حراري ، وتُسرّع بواسطة أقطاب كهربائية عالية الجهد (عادةً ما تكون في حدود عشرات الكيلوفولتات).

يمر هذا الشعاع عبر رنان تجويف الإدخال . تُغذى طاقة الترددات الراديوية إلى تجويف الإدخال عند تردد رنينه أو بالقرب منه، مما يُولّد موجات مستقرة تُنتج جهدًا متذبذبًا يؤثر على شعاع الإلكترونات. يتسبب المجال الكهربائي في "تكتل" الإلكترونات: فالإلكترونات التي تمر عندما يُعاكس المجال الكهربائي حركتها تتباطأ، بينما الإلكترونات التي تمر عندما يكون المجال الكهربائي في نفس اتجاهها تتسارع، مما يؤدي إلى تكتل شعاع الإلكترونات الذي كان متصلًا سابقًا عند تردد الإدخال.

لتعزيز عملية التجميع، قد يحتوي الكليسترون على تجاويف "تجميع" إضافية.

ثم يمر الشعاع عبر أنبوب "انجراف"، حيث تلحق الإلكترونات الأسرع بالإلكترونات الأبطأ، مما يؤدي إلى تكوين "حزم"، ثم يمر عبر تجويف "ملتقط".

في تجويف "التقاط" الإخراج، تدخل كل حزمة من الإلكترونات إلى التجويف في اللحظة التي يعاكس فيها المجال الكهربائي حركة الإلكترونات، مما يؤدي إلى إبطائها. وهكذا، تتحول الطاقة الحركية للإلكترونات إلى طاقة كامنة للمجال، مما يزيد من سعة التذبذبات . تُنقل التذبذبات المُثارة في تجويف "التقاط" إلى الخارج عبر كابل محوري أو موجه موجي .

يتم التقاط حزمة الإلكترونات المستهلكة، ذات الطاقة المنخفضة، بواسطة قطب جامع.

لصنع مذبذب ، يمكن ربط تجويف الإخراج بتجويف (أو تجاويف) الإدخال بواسطة كابل محوري أو دليل موجي . تعمل التغذية الراجعة الموجبة على إثارة تذبذبات تلقائية عند تردد الرنين للتجاويف.

كليسترون ذو تجويفين

أبسط أنواع أنابيب الكليسترون هو أنبوب الكليسترون ذو التجويفين. يحتوي هذا الأنبوب على رنينين تجويفيين للموجات الميكروية، أحدهما "المجمّع" والآخر "المستقبل". عند استخدامه كمضخم، تُطبّق إشارة الموجات الميكروية الضعيفة المراد تضخيمها على تجويف المجمّع عبر كابل محوري أو دليل موجي، وتُستخرج الإشارة المضخمة من تجويف المستقبل.

يوجد في أحد طرفي الأنبوب مهبط ساخن يُنتج إلكترونات عند تسخينه بواسطة سلك. تنجذب الإلكترونات إلى أسطوانة مصعد ذات جهد موجب عالٍ وتمر عبرها؛ يعمل المهبط والمصعد معًا كمدفع إلكتروني لإنتاج تيار عالي السرعة من الإلكترونات. يُنشئ ملف مغناطيسي خارجي مجالًا مغناطيسيًا طوليًا على طول محور الشعاع، مما يمنع انتشاره.

يمر الشعاع أولًا عبر رنان تجويف "المُجمِّع"، مرورًا بشبكات متصلة بكل جانب. تحمل شبكات المُجمِّع جهدًا متناوبًا متذبذبًا عبرها، ناتجًا عن تذبذبات الموجات المستقرة داخل التجويف، والتي تُثار بواسطة إشارة دخل بتردد رنين التجويف ، يتم تطبيقها بواسطة كابل محوري أو دليل موجي. يتغير اتجاه المجال بين الشبكات مرتين في كل دورة من دورة إشارة الدخل. الإلكترونات التي تدخل عندما تكون شبكة الدخول سالبة وشبكة الخروج موجبة، تواجه مجالًا كهربائيًا في نفس اتجاه حركتها، فتتسارع بفعل هذا المجال. أما الإلكترونات التي تدخل بعد نصف دورة، عندما تكون القطبية معاكسة، فتواجه مجالًا كهربائيًا يعاكس حركتها، فتتباطأ.

يوجد خلف شبكات التجميع مساحة تُسمى مساحة الانجراف . هذه المساحة طويلة بما يكفي لكي تلحق الإلكترونات المتسارعة بالإلكترونات التي تباطأت في وقت سابق، مُشكّلةً "حزمًا" طولية على طول محور الحزمة. يُختار طولها للسماح بأقصى قدر من التجميع عند تردد الرنين، وقد يصل طولها إلى عدة أقدام.

مذبذب كليسترون من عام 1944. مدفع الإلكترونات على اليمين، والمجمع على اليسار. الرنانان التجويفيان في المنتصف، متصلان بكابل محوري قصير لتوفير تغذية راجعة موجبة.

ثم تمر الإلكترونات عبر تجويف ثانٍ يُسمى "المُستقبِل"، من خلال زوج مماثل من الشبكات على جانبي التجويف. وظيفة شبكات المُستقبِل هي امتصاص الطاقة من حزمة الإلكترونات. تُثير حزم الإلكترونات المارة موجات مستقرة في التجويف، والتي لها نفس تردد الرنين لتجويف التجميع. تمر كل حزمة من الإلكترونات بين الشبكات عند نقطة في الدورة يكون فيها جهد شبكة الخروج سالبًا بالنسبة لجهد شبكة الدخول، وبالتالي يُعاكس المجال الكهربائي في التجويف بين الشبكات حركة الإلكترونات. وبذلك، تبذل الإلكترونات شغلًا على المجال الكهربائي، وتتباطأ، وتتحول طاقتها الحركية إلى طاقة وضع كهربائية ، مما يزيد من سعة المجال الكهربائي المتذبذب في التجويف. وهكذا، يُعد المجال المتذبذب في تجويف المُستقبِل نسخة مُكبّرة من الإشارة المُطبقة على تجويف التجميع. تُستخرج الإشارة المُكبّرة من تجويف المُستقبِل عبر كابل محوري أو دليل موجي.

بعد مرورها عبر جهاز الالتقاط وتخليها عن طاقتها، يتم امتصاص حزمة الإلكترونات ذات الطاقة المنخفضة بواسطة قطب "جامع"، وهو مصعد ثان يتم الاحتفاظ به عند جهد موجب صغير.

مذبذب كليسترون

يمكن صنع مذبذب إلكتروني من أنبوب كليسترون، وذلك بتوفير مسار تغذية راجعة من المخرج إلى المدخل عن طريق توصيل تجويفي "المستقبل" و"المجمع" بكابل محوري أو دليل موجي . عند تشغيل الجهاز، يتم تضخيم الضوضاء الإلكترونية في التجويف بواسطة الأنبوب، ثم تُعاد تغذيتها من مستقبل المخرج إلى تجويف المجمع ليتم تضخيمها مرة أخرى. وبسبب عامل الجودة العالي للتجاويف، تتحول الإشارة بسرعة إلى موجة جيبية عند تردد الرنين للتجاويف.

كليسترون متعدد التجاويف

في جميع الكليسترونات الحديثة، يتجاوز عدد التجاويف اثنين. ويمكن استخدام تجاويف "التجميع" الإضافية، التي تُضاف بين "التجميع" الأول و"التقاط" الموجات، لزيادة كسب الكليسترون أو لزيادة عرض النطاق الترددي. [ 10 ]

تمثل الطاقة الحركية المتبقية في حزمة الإلكترونات عند اصطدامها بقطب التجميع طاقة مهدرة، تتبدد على شكل حرارة، ويجب إزالتها بواسطة نظام تبريد. تتضمن بعض الكليسترونات الحديثة مجمعات منخفضة الطاقة، تستعيد الطاقة من الحزمة قبل تجميع الإلكترونات، مما يزيد من الكفاءة. تعمل المجمعات منخفضة الطاقة متعددة المراحل على تحسين استعادة الطاقة من خلال "فرز" الإلكترونات في مجموعات طاقة.

كليسترون انعكاسي

كليسترون سوفيتي منخفض الطاقة من نوع ريفلكس يعود تاريخه إلى عام 1963. يتصل رنان التجويف، الذي يُؤخذ منه الخرج، بالأقطاب الكهربائية المُسماة "الرنان الخارجي" . أصبحت أجهزة ريفلكس كليسترون شبه منقرضة الآن.
رسم توضيحي لكليسترون انعكاسي مضبوط ميكانيكياً
مقطع عرضي: كليسترون انعكاسي مضبوط ميكانيكياً [ 11 ]

كان الكليسترون الانعكاسي (المعروف أيضًا باسم أنبوب ساتون نسبةً إلى أحد مخترعيه، روبرت ساتون) أنبوب كليسترون منخفض الطاقة ذو تجويف واحد، يعمل كمذبذب . وقد استُخدم كمذبذب محلي في بعض أجهزة استقبال الرادار وكمعدِّل في أجهزة إرسال الموجات الميكروية في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، ولكنه أصبح الآن قديمًا، وحلّت محله أجهزة الموجات الميكروية شبه الموصلة.

في الكليسترون الانعكاسي، يمر شعاع الإلكترونات عبر تجويف رنيني واحد. تُطلق الإلكترونات إلى أحد طرفي الأنبوب بواسطة مدفع إلكتروني . بعد مرورها عبر التجويف الرنيني، تنعكس الإلكترونات بواسطة قطب عاكس مشحون بشحنة سالبة لتمر مرة أخرى عبر التجويف، حيث تُجمع. يتم تعديل سرعة شعاع الإلكترونات عند مروره الأول عبر التجويف. يتشكل حزم الإلكترونات في حيز الانجراف بين العاكس والتجويف. يجب ضبط الجهد على العاكس بحيث يكون التجميع في أقصى حد له عند عودة شعاع الإلكترونات إلى التجويف الرنيني، مما يضمن نقل أقصى قدر من الطاقة من شعاع الإلكترونات إلى تذبذبات الترددات الراديوية في التجويف. يمكن تغيير جهد العاكس قليلاً عن القيمة المثلى، مما يؤدي إلى فقدان بعض طاقة الخرج، ولكنه يؤدي أيضًا إلى تغير في التردد. يُستغل هذا التأثير بشكل جيد للتحكم التلقائي في التردد في أجهزة الاستقبال، وفي تعديل التردد لأجهزة الإرسال. مستوى التعديل المستخدم للإرسال منخفض بما يكفي بحيث يظل خرج الطاقة ثابتًا بشكل أساسي. في المناطق البعيدة عن الجهد الأمثل، لا تُلاحظ أي تذبذبات على الإطلاق. [ 12 ] غالبًا ما توجد عدة مناطق لجهد العاكس حيث يتذبذب الكليسترون الانعكاسي؛ وتُعرف هذه المناطق بالأوضاع. يُشار عادةً إلى نطاق الضبط الإلكتروني للكليسترون الانعكاسي على أنه التغير في التردد بين نقاط نصف القدرة - وهي النقاط في وضع التذبذب حيث تكون القدرة الخارجة نصف القدرة القصوى في ذلك الوضع.

لقد حلت تكنولوجيا أشباه الموصلات الحديثة محل الكليسترون الانعكاسي بشكل فعال في معظم التطبيقات.

جيروكليسترون

صورة لأنبوب جيروكلسترون محوري ثلاثي التجاويف، جامعة ميريلاند، IREAP

الجيروكليسترون هو مضخم موجات ميكروية يعتمد تشغيله على حالة رنين السيكلوترون . [ 13 ] على غرار الكليسترون، يعتمد تشغيله على تعديل حزمة الإلكترونات، ولكن بدلاً من التجميع المحوري، تُغير قوى التعديل تردد السيكلوترون، وبالتالي المركبة السمتية للحركة، مما ينتج عنه حزم طورية. في تجويف الإخراج، تنقل الإلكترونات التي تصل في طور التباطؤ الصحيح طاقتها إلى مجال التجويف، ويمكن إخراج الإشارة المُضخمة.

مخطط هندسي لجهاز جيروكلسترون محوري رباعي التجاويف في جامعة ميريلاند، IREAP

يحتوي الجيروكليسترون على تجاويف أسطوانية أو محورية، ويعمل بأنماط المجال الكهربائي المستعرض. ولأن التفاعل يعتمد على حالة الرنين، يمكن استخدام أبعاد تجويف أكبر من تلك المستخدمة في الكليسترون التقليدي. وهذا يسمح للجيروكليسترون بتوليد طاقة عالية عند ترددات عالية جدًا، وهو أمر يصعب تحقيقه باستخدام الكليسترونات التقليدية. [ 14 ]

ضبط

تُستخدم الكليسترونات الكبيرة في حلقة التخزين الخاصة بالسنكروترون الأسترالي للحفاظ على طاقة حزمة الإلكترونات

تحتوي بعض الكليسترونات على تجاويف قابلة للضبط. من خلال تعديل تردد كل تجويف على حدة، يستطيع الفني تغيير تردد التشغيل، أو الكسب، أو قدرة الخرج، أو عرض نطاق المضخم. لا يوجد كليسترونان متطابقان تمامًا (حتى عند مقارنة كليسترونات تحمل نفس رقم القطعة/الطراز). لكل وحدة قيم معايرة مُقدمة من الشركة المصنعة لخصائص أدائها المحددة. بدون هذه المعلومات، لن يكون الكليسترون قابلاً للضبط بشكل صحيح، وبالتالي لن يعمل بكفاءة، إن عمل أصلاً.

يُعدّ ضبط الكليسترون عملية دقيقة، وإذا لم تُنفّذ بشكل صحيح، فقد تُلحق الضرر بالمعدات أو تُصيب الفني بسبب الفولتية العالية جدًا التي قد تتولد. يجب على الفني توخي الحذر الشديد وعدم تجاوز حدود التدريجات، وإلا فقد يتلف الكليسترون. تشمل الاحتياطات الأخرى المُتخذة عند ضبط الكليسترون استخدام أدوات غير حديدية. تستخدم بعض الكليسترونات مغناطيسات دائمة . إذا استخدم الفني أدوات حديدية (وهي مواد مغناطيسية حديدية ) واقترب كثيرًا من المجالات المغناطيسية الشديدة التي تحتوي على حزمة الإلكترونات، فقد تسحب القوة المغناطيسية الشديدة هذه الأداة إلى داخل الوحدة، مما قد يؤدي إلى سحق الأصابع أو إصابة الفني أو إتلاف الوحدة. وقد استُخدمت أدوات خاصة خفيفة الوزن غير مغناطيسية (أو بالأحرى ضعيفة المغناطيسية المعاكسة ) مصنوعة من سبيكة البريليوم لضبط كليسترونات القوات الجوية الأمريكية.

تُتخذ الاحتياطات اللازمة بشكل روتيني عند نقل أجهزة الكليسترون في الطائرات، لأن المجال المغناطيسي الشديد قد يتداخل مع أجهزة الملاحة المغناطيسية. وقد صُممت أغلفة خارجية خاصة للمساعدة في الحد من هذا المجال في الموقع، وبالتالي السماح بنقل هذه الأجهزة بأمان.

كليسترون بصري

تُطبَّق تقنية التضخيم المستخدمة في الكليسترون تجريبيًا أيضًا عند الترددات الضوئية في نوع من الليزر يُسمى ليزر الإلكترون الحر (FEL)؛ وتُسمى هذه الأجهزة بالكليسترونات الضوئية . [ 15 ] وبدلًا من تجاويف الموجات الميكروية، تستخدم هذه الأجهزة ما يُسمى بالمُموجات . يمر شعاع الإلكترونات عبر مُموج، حيث يتسبب شعاع الليزر في تجميع الإلكترونات. ثم يمر الشعاع عبر مُموج ثانٍ، حيث تتسبب تجمعات الإلكترونات في تذبذبها لتكوين شعاع ضوئي ثانٍ أكثر قوة. [ 15 ]

كليسترون أنبوب الانجراف العائم

يحتوي كليسترون أنبوب الانجراف العائم على حجرة أسطوانية واحدة تضم أنبوبًا مركزيًا معزولًا كهربائيًا. وهو مشابه كهربائيًا لكليسترون المذبذب ذي التجويفين، حيث يوجد تغذية راجعة كبيرة بين التجويفين. يتم تعديل سرعة الإلكترونات الخارجة من تجويف المصدر بواسطة المجال الكهربائي أثناء مرورها عبر أنبوب الانجراف، ثم تخرج في حزم إلى حجرة الوجهة، موصلةً الطاقة اللازمة للتذبذب في التجويف. يتميز هذا النوع من كليسترون المذبذب عن كليسترون التجويفين الذي يستند إليه، بأنه لا يحتاج إلا إلى عنصر ضبط واحد لإحداث تغييرات في التردد. أنبوب الانجراف معزول كهربائيًا عن جدران التجويف، ويتم تطبيق انحياز تيار مستمر بشكل منفصل. يمكن ضبط انحياز التيار المستمر على أنبوب الانجراف لتغيير زمن المرور عبره، مما يسمح بضبط تردد التذبذب إلكترونيًا. مقدار الضبط بهذه الطريقة ليس كبيرًا، ويُستخدم عادةً لتعديل التردد أثناء الإرسال.

التطبيقات

تستطيع الكليسترونات إنتاج طاقة ميكروية أعلى بكثير من أجهزة الميكروويف ذات الحالة الصلبة ، مثل ثنائيات غان . في الأنظمة الحديثة، تُستخدم الكليسترونات بترددات تتراوح من UHF (مئات الميغاهرتز) إلى مئات الغيغاهرتز (كما في كليسترونات التفاعل الممتد في قمر كلاودسات الصناعي ). وتُستخدم الكليسترونات في الرادار ، والأقمار الصناعية، والاتصالات عالية الطاقة واسعة النطاق (الشائعة جدًا في البث التلفزيوني ومحطات الأقمار الصناعية EHF )، والطب ( علاج الأورام بالإشعاع )، وفيزياء الطاقة العالية ( مسرعات الجسيمات والمفاعلات التجريبية). في مركز SLAC ، على سبيل المثال، تُستخدم الكليسترونات بشكل روتيني، حيث تتراوح قدرتها بين 50 ميغاواط (نبضة) و50 كيلوواط (متوسط ​​زمني) عند تردد 2856 ميغاهرتز. استخدم رادار أريسيبو الكوكبي كليسترونين، مما وفر قدرة إجمالية قدرها 1 ميغاواط (مستمرة) عند تردد 2380 ميغاهرتز. [ 16 ]     

وجدت الجيروكليسترونات استخدامًا عسكريًا محدودًا في الرادارات كمضخمات إشارة أنبوب الموجة المتنقلة لرادار المصفوفة الطورية النشطة . [ أ ] [ 18 ]

وصفت مجلة Popular Science في قسم "أفضل ما هو جديد لعام 2007" [ 19 ] [ 20 ] شركة Global Resource Corporation، وهي شركة متوقفة عن العمل حاليًا، باستخدام جهاز كليسترون لتحويل الهيدروكربونات الموجودة في المواد اليومية ونفايات السيارات والفحم والصخر الزيتي والرمالالنفطية إلى غاز طبيعي ووقود ديزل . [ 21 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ على سبيل المثال، جهاز تحديد المواقع الراديوي التجريبي السوفييتي الروسي «Ruza» APAR. [ 17 ]

مراجع

  1. 1 2 بوند، نورمان هـ. "رجال الأنابيب". روس كوكران، 2008، ص 31-40
  2. 1 2 جيلمور، أ.س. (2011). الكليسترونات، أنابيب الموجة المتنقلة، الماغنيترونات، مضخمات المجال المتقاطع، والجيروترونات . دار أرتيك هاوس. الصفحات 3-4 . ISBN  978-1608071845.
  3. 1 2 فاريان، آر إتش؛ فاريان، إس إف (1939). "مذبذب ومضخم عالي التردد". مجلة الفيزياء التطبيقية . 10 (5): 321. Bibcode : 1939JAP....10..321V . doi : 10.1063/1.1707311 .
  4. ↑ فاريان، دوروثي. "المخترع والطيار". باسيفيك بوكس، 1983، ص 189
  5. ↑ فاريان، دوروثي. المخترع والطيار . باسيفيك بوكس، 1983، ص 187
  6. ↑ جورج كاريوتاكيس (18 نوفمبر 1997). "ورقة بحثية مدعوة: الكليسترون: مصدر موجات ميكروية ذو مدى وقدرة تحمل مذهلين" (ملف PDF) . الجمعية الفيزيائية الأمريكية: مؤتمر قسم فيزياء البلازما، بيتسبرغ، بنسلفانيا . ستانفورد، كاليفورنيا: مركز ستانفورد SLAC. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 24 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 18 سبتمبر 2012 .
  7. ↑ جيرالد دبليو. بروك، ثورة المعلومات الثانية ، مطبعة جامعة هارفارد، 2009، رقم ISBN 0674028791، الصفحات 122، 123
  8. ↑ "تحديثات CAMD إلى ترددات الراديو ذات الحالة الصلبة" . www.lsu.edu .
  9. ↑ "سيرن وكانون يستعرضان كليسترون فعال" . سيرن كورير . 5 سبتمبر 2022.
  10. ↑ أجهزة ودوائر الميكروويف ، دار نشر دورلينج كيندرلي، سبتمبر 1990، صفحة 380، رقم ISBN  978-81-7758-353-3
  11. ^ "V- 260، الأنبوب V-260؛ Röhre V- 260 ID35571، ريفلكس كليسترون" . www.radiomuseum.org . تم الاسترجاع 2019-12-03 .
  12. ↑ كليسترون انعكاسي ، دورلينج كيندرلي، سبتمبر 1990، الصفحات 391، 392، رقم ISBN  978-81-7758-353-3
  13. ↑ نوسينوفيتش، غريغوري س. (2004). مقدمة في فيزياء الجيروترونات . بالتيمور، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ISBN 0-8018-7921-3.
  14. ↑ غوفيا، إيمانويل ستيف (16-06-2004). تطوير جيروكليسترون توافقي ثانٍ رباعي التجاويف كمحرك لمسرع خطي - أطروحة دكتوراه . جامعة ميريلاند، كوليدج بارك، ميريلاند.{{cite book}}تم |work=تجاهله ( مساعدة )
  15. 1 2 بونيفاسيو، ر.؛ كورسيني، ر.؛ بييريني، ب. (15 مارس 1992). "نظرية الكليسترون البصري عالي الكسب" (ملف PDF) . مجلة Physical Review A. 45 ( 6): 4091-4096 . Bibcode : 1992PhRvA..45.4091B . doi : 10.1103/physreva.45.4091 . PMID 9907460. تاريخ الاسترجاع: 24 يونيو 2014 . 
  16. ↑ كامبل، د.ب.؛ هدسون، ر.س.؛ مارغو، ج.ل. (2002). "تطورات في علم الفلك الراداري الكوكبي". مراجعة علوم الراديو . 1999-2002 : 869-899 . رمز Bibcode : 2002rrs..book..869C .
  17. ↑ تولكاتشيف، أ.أ.؛ ليفيتان، ب.أ.؛ سولوفجيف، ج.ك.؛ فيتسل، ف.ف.؛ فاربر، ف.إ. (يوليو 2000). "رادار مصفوفة طورية يعمل بموجات المليمتر بقدرة ميغاواط". مجلة أنظمة الفضاء والإلكترونيات التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 15 (7): 25-31 . doi : 10.1109/62.854021 .
  18. ↑ دو، تشاو-هاي؛ ليو، بو-كون (2014). مضخمات أنبوب الموجة المتنقلة الجيروترونية ذات الموجات المليمترية . doi : 10.1007/978-3-642-54728-7 . ISBN 978-3-642-54727-0.
  19. ↑ "أفضل ما هو جديد في العلوم الشعبية لعام 2007" . Popsci.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 مارس 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 فبراير 2010 .
  20. ↑ "أفضل ما هو جديد في العلوم الشعبية لعام 2007" . Popsci.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2010-03-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-28 .
  21. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 7629497 - استخلاص الهيدروكربونات والوقود الأحفوري باستخدام الموجات الدقيقة. مؤرشفة بتاريخ 7 مايو 2011 في أرشيف الإنترنت. صدرت في 8 ديسمبر 2009.