ثيراترون

الثايراترون نوع من الأنابيب المملوءة بالغاز، يُستخدم كمفتاح كهربائي عالي القدرة ومقوم مُتحكم به . يستطيع الثايراترون التعامل مع تيارات أعلى بكثير من أنابيب التفريغ الصلب المماثلة. يحدث تضاعف الإلكترونات عندما يتأين الغاز، مُنتجًا ظاهرة تُعرف بتفريغ تاونسند . تشمل الغازات المستخدمة بخار الزئبق ، والزينون ، والنيون ، والهيدروجين (في تطبيقات الجهد العالي الخاصة أو التطبيقات التي تتطلب أزمنة تبديل قصيرة جدًا) . ^{​​[ 1 ]} على عكس أنبوب التفريغ (الصمام)، لا يُمكن استخدام الثايراترون لتضخيم الإشارات خطيًا.

في عشرينيات القرن العشرين، استُمدت الثايراترونات من أنابيب التفريغ المبكرة، مثل أنبوب UV-200 الذي احتوى على كمية صغيرة من غاز الأرجون لزيادة حساسيته ككاشف لإشارات الراديو ، وأنبوب الترحيل الألماني LRS الذي احتوى أيضًا على غاز الأرجون. كما كان لمقومات الغاز ، التي سبقت أنابيب التفريغ، مثل مصباح "تونجار " من جنرال إلكتريك المملوء بالأرجون ومقوم كوبر-هيويت ذي حوض الزئبق ، تأثيرٌ في هذا المجال. ويُشار عادةً إلى إيرفينغ لانغمير وجي إس ميكل من جنرال إلكتريك باعتبارهما أول باحثين درسا التقويم المُتحكم به في أنابيب الغاز، حوالي عام 1914. وظهرت أولى الثايراترونات التجارية حوالي عام 1928.

يُشتق مصطلح "الثايراترون" من الكلمة اليونانية القديمة "θύρα" ("thyra")، والتي تعني "باب" أو "صمام". وقد اشتُق مصطلح " الثايرستور " بدوره من دمج كلمتي "الثايراترون" و" الترانزستور ". ^{[ 2 ]} ومنذ ستينيات القرن العشرين، حلت الثايرستورات محل الثيراترونات في معظم التطبيقات ذات القدرة المنخفضة والمتوسطة.

تُشبه الثايراترونات الصمامات المفرغة في الشكل والبنية، لكنها تختلف عنها في السلوك ومبدأ التشغيل. في الصمام المفرغ، يهيمن التوصيل الكهربائي على الإلكترونات الحرة لأن المسافة بين المصعد والمهبط صغيرة مقارنةً بمتوسط ​​المسار الحر للإلكترونات. أما الثايراترون، فيُملأ عمدًا بالغاز بحيث تكون المسافة بين المصعد والمهبط مُقاربة لمتوسط ​​المسار الحر للإلكترونات. هذا يجعل التوصيل الكهربائي في الثايراترون يهيمن عليه توصيل البلازما . نظرًا لتوصيل البلازما العالي، فإن الثايراترون قادر على تمرير تيارات أعلى من الصمامات المفرغة التي يحدّها الشحنة الفضائية . يتميز الصمام المفرغ بإمكانية تعديل التوصيل الكهربائي في أي وقت، بينما يمتلئ الثايراترون بالبلازما ويستمر في التوصيل طالما وُجد فرق جهد بين المصعد والمهبط. يعمل مفتاح الشرارة الزائفة في نطاق مشابه لمنحنى باشن كما هو الحال في الثايراترون، ويُطلق عليه أحيانًا اسم ثايراترون المهبط البارد .

يتكون الثايراترون من مهبط ساخن ، ومصعد، وشبكة تحكم واحدة أو أكثر بين المصعد والمهبط، داخل غلاف زجاجي أو خزفي محكم الإغلاق مملوء بالغاز. عادةً ما يكون الغاز هيدروجينًا أو ديوتيريومًا بضغط يتراوح بين 300 و500  ملي تور (40 إلى 70 باسكال ). تحتوي الثايراترونات التجارية أيضًا على خزان من هيدريد التيتانيوم وسخان للخزان، يعملان معًا على الحفاظ على ضغط الغاز لفترات طويلة بغض النظر عن فقدان الغاز. 

تبقى موصلية الثايراترون منخفضة طالما كانت شبكة التحكم سالبة الشحنة بالنسبة للكاثود، لأن الشبكة تصد الإلكترونات المنبعثة من الكاثود. يتدفق تيار إلكتروني محدود الشحنة الفضائية من الكاثود عبر شبكة التحكم باتجاه الأنود إذا أصبحت الشبكة موجبة الشحنة بالنسبة للكاثود. يؤدي تيار الشحنة الفضائية المرتفع بما يكفي إلى بدء تفريغ تاونسند بين الأنود والكاثود. توفر البلازما الناتجة موصلية عالية بين الأنود والكاثود، ولا تتأثر بالشحنة الفضائية. تبقى الموصلية عالية حتى ينخفض ​​التيار بين الأنود والكاثود إلى قيمة صغيرة لفترة طويلة كافية حتى يتوقف تأين الغاز . تستغرق عملية الاستعادة هذه من 25 إلى 75  ميكروثانية ، وتحد من معدلات تكرار الثايراترون إلى بضعة  كيلوهرتز . ^{[ 3 ]}

تم تصنيع الثايراترونات منخفضة الطاقة ( أنابيب الترحيل وأنابيب الزناد ) للتحكم في المصابيح المتوهجة، والمرحلات الكهروميكانيكية أو الملفات اللولبية، وللعدادات ثنائية الاتجاه، ولأداء وظائف مختلفة في حاسبات ديكاترون ، وكاشفات عتبة الجهد في مؤقتات RC ، وما إلى ذلك. تم تحسين الثايراترونات المتوهجة لإنتاج ضوء عالي التفريغ الغازي أو حتى فسفرتها واستخدامها كمسجلات إزاحة ذاتية العرض في شاشات عرض المصفوفة النقطية ذات التنسيق الكبير والنص الزاحف .

استُخدم الثايراترون أيضًا في مذبذبات الاسترخاء . ^{[ 4 ]} نظرًا لأن جهد تشغيل الصفيحة أعلى بكثير من جهد إيقافها، فإن الأنبوب يُظهر ظاهرة التخلف المغناطيسي ، وبوجود مكثف موصول به، يمكنه العمل كمذبذب سن المنشار. يتحكم الجهد على الشبكة في جهد الانهيار، وبالتالي في دورة التذبذب. استُخدمت مذبذبات استرخاء الثايراترون في محولات الطاقة ودوائر مسح راسم الإشارة .

وجد أحد الثايراترونات المصغرة، وهو الصمام الثلاثي 6D4، استخدامًا إضافيًا كمصدر ضوضاء قوي ، عند تشغيله كصمام ثنائي (شبكة موصولة بالكاثود) في مجال مغناطيسي عرضي. ^{[ 5 ]} بعد ترشيحه بشكل كافٍ للحصول على "استواء" ( ضوضاء بيضاء ) في نطاق معين، استُخدمت هذه الضوضاء لاختبار أجهزة استقبال الراديو، وأنظمة المؤازرة، وأحيانًا في الحوسبة التناظرية كمصدر للقيم العشوائية .

صُمم جهاز الثايراترون المصغر RK61/2، الذي تم تسويقه عام 1938، خصيصًا للعمل كصمام ثلاثي فراغي تحت جهد إشعاله، مما يسمح له بتضخيم الإشارات التناظرية ككاشف فائق التجديد ذاتي الإخماد في أجهزة استقبال التحكم اللاسلكي ، ^{[ 6 ]} وكان هذا التطور التقني الرئيسي الذي أدى إلى تطوير الأسلحة التي يتم التحكم فيها لاسلكيًا في زمن الحرب، والتطوير الموازي لنمذجة التحكم اللاسلكي كهواية. ^{[ 7 ]}

استخدمت بعض أجهزة التلفزيون المبكرة، وخاصة الطرازات البريطانية، الثايراترونات للمذبذبات الرأسية (الإطار) والأفقية (الخط). ^{[ 8 ]}

وجدت الثايراترونات متوسطة القدرة تطبيقات في وحدات التحكم بمحركات أدوات الآلات، حيث تُستخدم هذه الثايراترونات، التي تعمل كمقومات طورية، في منظم محرك الأداة (من الصفر إلى وضع "السرعة الأساسية"، "عزم الدوران الثابت") وفي منظم المجال (من السرعة الأساسية إلى ضعف "السرعة الأساسية"، "القدرة الحصانية الثابتة"). ومن الأمثلة على ذلك مخرطة Monarch Machine Tool 10EE، التي استخدمت الثايراترونات من عام 1949 حتى استُبدلت بأجهزة الحالة الصلبة في عام 1984. ^{[ 9 ]}

لا تزال الثايراترونات عالية القدرة تُصنّع، وهي قادرة على العمل بتيارات تصل إلى عشرات الكيلو أمبير (kA) وعشرات الكيلوفولت (kV). تشمل تطبيقاتها الحديثة مشغلات النبضات لأجهزة الرادار النبضية، وليزر الغاز عالي الطاقة ، وأجهزة العلاج الإشعاعي ، ومسرعات الجسيمات ، وفي ملفات تسلا والأجهزة المشابهة. كما تُستخدم الثايراترونات في أجهزة إرسال التلفزيون UHF عالية القدرة ، لحماية أنابيب الإخراج الحثية من حالات القصر الداخلي ، وذلك بتأريض مصدر الجهد العالي الداخل خلال الفترة اللازمة لفتح قاطع الدائرة وتفريغ الشحنات المخزنة في المكونات التفاعلية. يُعرف هذا عادةً باسم دائرة الحماية من التيار الزائد .

استُبدلت الثايراترونات في معظم التطبيقات منخفضة ومتوسطة الطاقة بأجهزة أشباه موصلات مماثلة تُعرف باسم الثايرستورات (وتُسمى أحيانًا مقومات السيليكون المُتحكم بها ، أو SCRs) والترياكات . ومع ذلك، لا تزال خدمة التبديل التي تتطلب جهدًا أعلى من 20 كيلو فولت وتتضمن أزمنة صعود قصيرة جدًا ضمن نطاق الثايراترون.

تتضمن الاختلافات في فكرة الثايراترون الكريترون ، والسبريترون ، والإجنيترون ، وفجوة الشرارة المحفزة ، وكلها لا تزال تستخدم حتى اليوم في تطبيقات خاصة، مثل الأسلحة النووية (الكريترون) ونقل الطاقة AC/DC-AC (الإجنيترون).

الأنبوب 885 عبارة عن أنبوب ثايراترون صغير يعمل بغاز الأرجون . استُخدم هذا الجهاز على نطاق واسع في دوائر قاعدة الزمن لأجهزة راسم الإشارة المبكرة في ثلاثينيات القرن العشرين. وقد استُخدم في دائرة تُسمى مذبذب الاسترخاء . خلال الحرب العالمية الثانية ، استُخدمت أنابيب ثايراترون صغيرة مشابهة للأنبوب 885 في أزواج لبناء دوائر ثنائية الاستقرار ، وهي خلايا "الذاكرة" التي استخدمتها الحواسيب المبكرة وأجهزة فك الشفرات . كما استُخدمت أنابيب الثايراترون للتحكم في زاوية الطور لمصادر الطاقة ذات التيار المتردد في شواحن البطاريات ومخفتات الإضاءة ، ولكن هذه المصادر كانت عادةً ذات قدرة تحمل تيار أكبر من الأنبوب 885. الأنبوب 885 هو نسخة خماسية الأطراف تعمل بجهد 2.5 فولت من الأنبوب 884/6Q5.

• كريترون
• فجوة شرارة مُحفزة

• ستوكس، جون، 70 عامًا من أنابيب وصمامات الراديو، فيستال برس، نيويورك، 1982، ص  111-115.
• ثروور، كيث، تاريخ صمام الراديو البريطاني حتى عام 1940، MMA International، 1982، ص.  30، 31، 81.
• هول، أ.و. ، "صمامات حرارية مملوءة بالغاز"، معاملات AIEE، 47، 1928، ص  753-763.
• بيانات خاصة بالطراز 6D4، "خدمة بيانات هندسة سيلفانيا"، 1957
• جيه دي كوبين، جيه آر كاري، "مولدات الضوضاء الكهربائية"، وقائع معهد مهندسي الراديو، 1947، ص  875
• دليل مختبر الراديو والإلكترونيات، إم جي سكروجي 1971، رقم ISBN 0-592-05950-2

• مقال عن أنابيب التبديل بقلم جون باسلي
• مقال عن الثايراترونات المملوءة بالغاز