マグネトロン - 暇つぶしWikipedia

マグネトロン

マグネトロン断面マグネトロン外形

マグネトロン (magnetron) は真空管の一種で、電波の一種である強力なマイクロ波を発生する。レーダーや電子レンジに使われている。
目次

 1 構造と動作

 2 応用

 3 歴史

 4 関連項目

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構造と動作

マグネトロンは他の熱電子管と同様、ヒータにより加熱された陰極(カソード)と陽極(アノード)からなる。

カソードは管球の空胴の中央に配置され、ヒータにより加熱されることで熱電子が放出される。また、アノードに対して負の高電圧が印加されることにより、電子はアノードに向かって進行する。一方、管球の軸方向に永久磁石などで強力な磁場がかけられており、進行中の電子はフレミングの法則にしたがい方向を曲げられ、カソードとアノード間の作用空間と呼ばれる空間を周回する。アノードは規則的に設けられたキャビティと呼ばれる共振空胴を形成しており、特にそのキャビティ先端部周辺を電子流が通過する際にキャビティの共振周波数で強力な高周波発振が発生する。それをループやスリット等のアンテナにより管球の外に備えた導波管等に出力することで各種の利用が可能である。

応用

マグネトロンが発生するマイクロ波は放送、通信、レーダー、電子レンジなどに応用されている。

　マイクロ波とは電波の範疇で高周波帯側を示す概念なので、低周波より多くの周波数帯域を通信のために使うことが可能であり、その結果、情報量もより多く伝送できる。

　また、発生するマイクロ波は強力で直進性もあるので、その反射波の戻ってくるまでの時間とその方向を測定することで、離れた地点の物体の位置や距離の探知を行うことが可能であり、この装置をレーダー（電波探信儀、radar)という。

　電子レンジに使用される周波数は他の応用と電波障害を起こさないように、国際規格で、2.450GHz帯(ISMバンド)に統一されている。電子レンジによる加熱の原理は、極性分子である誘電体にマイクロ波をあてることにより高周波電界の周期に従い分子が振動し熱が発生することを利用したものである。(マイクロ波加熱参照)。電子レンジの周波数が2.450GHzに統一されている理由は水の分極分子と共振する周波数だからでもある。

歴史

最初のものは1916年GE社のハルにより開発された。これは陽極と陰極がそれぞれ1個の構造であり、低周波の電波しか発振できず、マイクロ波を発振できなかった。

1927年東北帝国大学の岡部金治郎により分割陽極型マグネトロンが開発された。これによりマイクロ波の発振が可能になった。

その後1930?40年代に第二次世界大戦で使われたマイクロ波レーダー開発を目的として主に英国で大きく進化し、その技術が米国にももたらされて、連合国側の勝利に貢献することになる。バトルオブブリテン当時のイギリスの早期警戒レーダに使われていたマグネトロンは岡部金治郎の発明した構造と同じだったことが戦争博物館の展示品で確認されている。

日本のレーダー開発は大きく出遅れ、実用域に達したのは終戦近くになってからだった。マイクロ波マグネトロンと八木アンテナという要素技術を発明していた国なのに、軍や産業界の無理解によりマイクロ波レーダに応用、実用化していなかった。当時の技術開発は外国で完成済みの兵器体系をコピーすることであり、自力で演繹的に開発できなかった。レーダ開発も戦争が始まって敵のレーダの効果が分かってから本格化し、改めてドイツから技術導入している。

1946年にマグネトロンが発するマイクロ波が食品の温度を上昇させる効果がスペンサによって発見され、これが電子レンジの端緒となった。

2007年現在でもレーダー・電子レンジの高周波源として利用されている。