Magnetron je uređaj koji koristi interakciju struje elektrona, vođenih magnetskim poljem, sa šupljinama unutar bakrenog bloka za proizvodnju mikrovalnog zračenja. Frekvencijski raspon zračenja ovisi o veličini šupljina. Uređaji se koriste u radarima i mikrovalnim pećnicama, gdje zračenje uzrokuje vibriranje molekula u hrani – posebno molekula vode, što dovodi do brzog porasta temperature koja je dovoljna za kuhanje hrane.
Kako to radi
Magnetron se sastoji od kratkog bakrenog cilindra s nizom šupljina koje se otvaraju u središnju vakuumsku komoru koja sadrži metalnu katodu. Trajni magnet osigurava magnetsko polje koje teče paralelno s osi cilindra. Katoda se zagrijava istosmjernom strujom visokog napona, uzrokujući da proizvodi elektrone koji izlaze prema stijenci cilindra, pod pravim kutom u odnosu na magnetsko polje. Polje se odbija od elektrona u zakrivljene staze, uzrokujući da stvaraju kružne struje unutar šupljina. Te struje proizvode mikrovalno zračenje na frekvencijama koje su povezane s veličinom šupljina.
Mikrovalne pećnice tada se moraju usmjeriti tamo gdje su potrebne. To se postiže metalnom strukturom poznatom kao valovod, duž kojega valovi putuju. Obično se proteže izvan glavnog tijela iz jedne od šupljina, hvatajući mikrovalove i vodeći ih duž svoje duljine. U slučaju magnetrona koji se koristi za radar, valovod će se spojiti na antenu koja prenosi valove. U mikrovalnoj pećnici usmjerit će valove u komoru pećnice kako bi se mogli koristiti za kuhanje.
Koristi
Magnetroni se koriste za generiranje mikrovalova za radar, jer mogu postići potrebnu izlaznu snagu. Nedostatak jednostavnog magnetrona je taj što, iako je raspon proizvedenih frekvencija određen veličinom šupljina, unutar tog raspona postoje varijacije zbog fluktuacija struje i promjena temperature. Iako to nije problem kada se proizvedena energija koristi za grijanje, utječe na točnost radarskih slika. To se može prevladati korištenjem podesivih vodljivih materijala koji se mogu umetnuti u šupljine radi podešavanja zračenja prema potrebi.
Najpoznatija upotreba magnetrona je u mikrovalnim pećnicama. Oni usmjeravaju valove u malu komoru za kuhanje, gdje se hrana može kuhati vrlo brzo. Neke molekule u hrani su polarne, što znači da s jedne strane imaju pozitivan naboj, a s druge negativan. Ove molekule, kada su bombardirane elektromagnetskim zračenjem u mikrovalnom rasponu, usklađuju se s izmjeničnim električnim i magnetskim poljima koje stvaraju valovi, uzrokujući njihovu brzu vibraciju, što dovodi do brzog zagrijavanja. Jedna takva molekula je voda, koja je prisutna u značajnim količinama u većini namirnica.
Povijest
U 1920-ima, Albert Hull, zaposlenik u poznatoj električnoj tvrtki, istraživao je vakuumske cijevi kada je stvorio magnetron. Hull je, međutim, mogao smisliti nekoliko namjena za svoj izum, te je neko vrijeme ostao uglavnom neiskorišten. Kasnih 1930-ih i ranih 1940-ih, dva inženjera po imenu Harry Boot i John Randall odlučili su dodatno istražiti uređaj. Ranije verzije sastojale su se od katode i anoda unutar staklene cijevi, ali su Boot i Randall umjesto toga koristili bakar, dobar električni vodič, za izradu kućišta s šupljinama koje su također djelovale kao anoda. To je rezultiralo uređajem koji je bio mnogo snažniji, proizvodeći snagu od 400 vata u prostoru manjem od četiri inča (10 cm).
Kako su Boot i Randall razvili jače magnetronske cijevi, otkrili su da su one idealne za radar. Tijekom Drugog svjetskog rata počele su ih koristiti podmornice Sjedinjenih Država, što je radarskoj opremi omogućilo brže otkrivanje neprijateljskih brodova. Kasnih 1940-ih, dr. Percy Spenser, američki inženjer i izumitelj, dodatno je testirao izlaz magnetronskih cijevi u svom laboratoriju. Napomenuo je da mu se bombončić u džepu potpuno otopio dok je radio s tubama. Odlučio je staviti nekoliko zrna kokica u blizini strojeva kako bi vidio što će se dogoditi, i primijetio je da su zrnca pukla.
Dr. Spenser je pozvao svog asistenta i dvojica muškaraca odlučili su staviti cijelo jaje blizu uređaja. Kad je jaje eksplodiralo, dr. Spenser je shvatio da je otkrio fascinantan oblik kuhanja. Spenser je pomogao u stvaranju prve mikrovalne pećnice na svijetu 1947. Početni model težio je preko 700 funti (318 kg), bio je visok više od pet stopa (1.5 metara) i koštao je više od 5,000 američkih dolara (USD).