Gyrotron
گائروٹرون اعلی طاقت والی لکیری بیم ویکیوم ٹیوبوں کی ایک کلاس ہے جو مضبوط مقناطیسی میدان میں الیکٹرانوں کی سائکلوٹرون گونج کے ذریعے ملی میٹر لہر برقی مقناطیسی لہریں پیدا کرتی ہے۔ آؤٹ پٹ تعدد تقریبا 20 سے 527 گیگا ہرٹز تک ہوتی ہے، جو مائکروویو سے لے کر ٹیرا ہرٹز گیپ کے کنارے تک طول موج کا احاطہ کرتی ہے۔ عام آؤٹ پٹ پاور دسیوں کلو واٹ سے لے کر 1 سے 2 میگاواٹ تک ہوتی ہے۔ گائروٹرون کو پلسڈ یا مسلسل آپریشن کے لیے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ گائروٹرون کو روس کے نزنی نووگوروڈ میں مقیم این آئی آر ایف آئی کے سوویت سائنسدانوں نے ایجاد کیا تھا۔ اصول گائروٹرون ایک قسم کا فری الیکٹران میزر ہے جو ایک مضبوط مقناطیسی میدان سے گزرنے والے الیکٹرانوں کی محرک سائکلوٹرون گونج کے ذریعے اعلی تعدد برقی مقناطیسی تابکاری پیدا کرتا ہے۔ یہ ملی میٹر طول موج پر اعلی طاقت پیدا کر سکتا ہے کیونکہ تیز لہر کے آلے کے طور پر اس کے طول و عرض تابکاری کی طول موج سے بہت بڑے ہو سکتے ہیں۔ یہ روایتی مائکروویو ویکیوم ٹیوبوں جیسے کلیسٹرون اور میگنیٹرون کے برعکس ہے، جس میں طول موج کا تعین سنگل موڈ گونج والی گہا، ایک سست لہر کی ساخت کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ اس طرح، جیسے جیسے آپریٹنگ فریکوئنسیز میں اضافہ ہوتا ہے، گونج دار گہا کے ڈھانچے کو سائز میں کم ہونا چاہیے، جو ان کی طاقت کو سنبھالنے کی صلاحیت کو محدود کرتا ہے۔ گائروٹرون میں، ایک الیکٹران گن میں ایک گرم تنت (1) ٹیوب کے ایک سرے پر الیکٹرانوں کی ایک اینولر شکل (کھوکھلی ٹیوبلر) بیم خارج کرتا ہے (6)، جسے ہائی وولٹیج ڈی سی انوڈ (10) سے تیز کیا جاتا ہے اور پھر ایک مضبوط محوری مقناطیسی میدان میں ایک بڑے ٹیوبلر گونج والے گہا کے ڈھانچے (2) سے گزرتا ہے، جو عام طور پر ٹیوب کے ارد گرد ایک سپر کنڈکٹنگ مقناطیس (8) کے ذریعہ بنایا جاتا ہے۔ میدان الیکٹرانوں کو مقناطیسی میدان کی لکیروں کے ارد گرد تنگ حلقوں میں ہیلیکل حرکت کرنے کا سبب بنتا ہے کیونکہ وہ ٹیوب کے ذریعے لمبائی کی طرف سفر کرتے ہیں۔ ٹیوب میں اس پوزیشن پر جہاں مقناطیسی میدان اپنی زیادہ سے زیادہ (2) تک پہنچ جاتا ہے، الیکٹران اپنی سائکلوٹرون گونج تعدد پر ٹیوب کے محور کے متوازی برقی مقناطیسی لہروں کو خارج کرتے ہیں۔ ملی میٹر تابکاری ٹیوب میں کھڑی لہریں بناتی ہے، جو ایک کھلے سرے سے گونجنے والی گہا کے طور پر کام کرتی ہے، اور ایک بیم میں بنتی ہے۔ بیم کو ایک موڈ کنورٹر (9) کے ذریعے تبدیل کیا جاتا ہے اور آئینے (4) کے ذریعے جھلکتا ہے، جو اسے ٹیوب کے اطراف میں ایک کھڑکی (5) کے ذریعے مائکروویو ویو گائیڈ (7) میں بھیجتا ہے۔ ایک کلیکٹر الیکٹروڈ ٹیوب کے آخر میں خرچ شدہ الیکٹران بیم کو جذب کرتا ہے (3)۔ دیگر لکیری بیم مائکروویو ٹیوبوں کی طرح، آؤٹ پٹ برقی مقناطیسی لہروں کی توانائی الیکٹران بیم کی حرکی توانائی سے آتی ہے، جو تیز رفتار انوڈ وولٹیج (10) کی وجہ سے ہوتی ہے۔ گونج والی گہا سے پہلے کے علاقے میں جہاں مقناطیسی میدان کی طاقت بڑھ رہی ہے، یہ الیکٹران بیم کو کمپریس کرتا ہے، طول البلد بہاؤ کی رفتار کو ٹرانسورس آربیٹل رفتار میں تبدیل کرتا ہے، اسی طرح کے عمل میں جو پلازما کی قید میں استعمال ہونے والے مقناطیسی آئینے میں ہوتا ہے۔ الیکٹرانوں کی مداری رفتار ان کی محوری بیم کی رفتار سے 1.5 سے 2 گنا زیادہ ہوتی ہے۔ گونج والی گہا میں کھڑی لہروں کی وجہ سے، الیکٹران "بنچڈ" ہو جاتے ہیں ؛ یعنی، ان کا مرحلہ مربوط (ہم آہنگ) ہو جاتا ہے، لہذا وہ سب ایک ہی وقت میں اپنے مدار میں ایک ہی مقام پر ہوتے ہیں۔ لہذا، وہ مربوط تابکاری کا اخراج کرتے ہیں۔ گائروٹران میں الیکٹران کی رفتار قدرے رشتہ دار ہوتی ہے (روشنی کی رفتار کی ترتیب پر لیکن اس کے قریب نہیں)۔ یہ فری الیکٹران لیزر (اور زیزر) سے متصادم ہے جو مختلف اصولوں پر کام کرتا ہے اور جس کے الیکٹران انتہائی رشتہ دار ہوتے ہیں۔ ایپلی کیشنز گائروٹرون بہت سے صنعتی اور اعلی ٹیکنالوجی حرارتی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، گائروٹرون کا استعمال نیوکلیئر فیوژن ریسرچ تجربات میں پلازما کو گرم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے اور مینوفیکچرنگ انڈسٹری میں بھی شیشے، کمپوزائٹس اور سیرامکس کی پروسیسنگ کے ساتھ ساتھ اینیلنگ (سولر اور سیمی کنڈکٹرز) کے لیے تیزی سے حرارتی آلے کے طور پر کیا جاتا ہے۔ فوجی ایپلی کیشنز میں ایکٹو ڈینیئل سسٹم شامل ہے۔ 2021 میں کوئز انرجی نے گائروٹرون کو بورنگ مشین کے طور پر استعمال کرنے کے خیال کا اعلان کیا تاکہ 20 کلومیٹر گہرائی میں سوراخ کھود کر جیوتھرمل توانائی پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکے۔ یہ تکنیک 30 سے 300 گیگا ہرٹز کی تعدد کا استعمال کرے گی اور لیزر کے استعمال سے زیادہ مؤثر طریقے سے 1012 چٹان میں توانائی منتقل کرے گی۔ بخارات والی چٹان سے لیزرز میں مزید خلل پڑے گا، جو طویل طول موج کو بہت کم متاثر کرے گا۔ 1 میگاواٹ گائروٹرون کے ساتھ 70 میٹر فی گھنٹہ کی ڈرلنگ کی شرح ممکن معلوم ہوتی ہے۔ اقسام ٹیوب کی آؤٹ پٹ ونڈو جس سے مائکروویو بیم نکلتی ہے دو مقامات پر ہو سکتی ہے۔ ٹرانسورس آؤٹ پٹ گائروٹرون میں، بیم ٹیوب کی طرف ایک کھڑکی سے باہر نکلتا ہے۔ اس کے لیے مائکروویو بیم کی عکاسی کرنے کے لیے گہا کے آخر میں 45 ڈگری آئینے کی ضرورت ہوتی ہے، جو ایک طرف رکھا جاتا ہے تاکہ الیکٹران بیم اسے چھوٹ دے۔ محوری آؤٹ پٹ گائروٹران میں، بیم سلنڈریکل کلیکٹر الیکٹروڈ کے دور سرے پر ٹیوب کے آخر میں ایک کھڑکی سے باہر نکلتا ہے جو الیکٹرانوں کو جمع کرتا ہے۔ 1964 میں تیار کیا گیا اصل گائروٹرون ایک آسکیلیٹر تھا، لیکن اس وقت سے گائروٹرون یمپلیفائر تیار کیے گئے ہیں۔ ہیلیکل گائروٹرون الیکٹران بیم ایک اطلاق شدہ مائکروویو سگنل کو اسی طرح بڑھا سکتا ہے جس طرح سیدھا الیکٹران بیم کلاسیکی مائکروویو ٹیوبوں جیسے کلیسٹرون میں بڑھتا ہے، لہذا گائروٹرون کا ایک سلسلہ موجود ہے جو ان ٹیوبوں کے مطابق کام کرتا ہے۔ ان کا فائدہ یہ ہے کہ وہ بہت زیادہ تعدد پر کام کر سکتے ہیں۔ گائرو-مونوٹرون (گائرو-آسکیلیٹر) ایک واحد کیویٹی گائروٹرون ہے جو ایک آسکیلیٹر کے طور پر کام کرتا ہے۔ گائرو-کلیسٹرون ایک یمپلیفائر ہے جو کلیسٹرون ٹیوب کے مطابق کام کرتا ہے۔ الیکٹران بیم کے ساتھ دو مائکروویو کیوٹیز ہوتی ہیں، ایک ان پٹ کیوٹی اوپر کی طرف جس پر سگنل لگایا جاتا ہے جسے بڑھایا جانا ہے اور ایک آؤٹ پٹ کیوٹی نیچے کی طرف جس سے آؤٹ پٹ لیا جاتا ہے۔ گائرو-ٹی ڈبلیو ٹی ایک یمپلیفائر ہے جو ٹریولنگ ویو ٹیوب (ٹی ڈبلیو ٹی) کے مطابق کام کرتا ہے۔ اس میں بیم کے متوازی ٹی ڈبلیو ٹی کی طرح ایک سست لہر کا ڈھانچہ ہے، جس میں ان پٹ مائکروویو سگنل اپ اسٹریم اینڈ پر لاگو ہوتا ہے اور امپلیفائیڈ آؤٹ پٹ سگنل ڈاون اسٹریم اینڈ سے لیا جاتا ہے۔ گائرو-بی ڈبلیو او ایک آسکیلیٹر ہے جو بیکورڈ ویو آسکیلیٹر (بی ڈبلیو او) کے مترادف کام کرتا ہے۔ یہ الیکٹران بیم کے مخالف سمت میں سفر کرنے والے ارتعاش پیدا کرتا ہے، جو ٹیوب کے اوپری سرے پر آؤٹ پٹ ہوتا ہے۔ گائرو ٹوسٹرن ایک یمپلیفائر ہے جو ٹوسٹرن کے مترادف کام کرتا ہے، ایک ٹیوب جو کلیسٹرن اور ٹی ڈبلیو ٹی کو جوڑتی ہے۔ کلیسٹرون کی طرح، اس کے اوپری سرے پر ایک ان پٹ کیویٹی ہوتی ہے جس کے بعد الیکٹرانوں کو جوڑنے کے لیے بنچر کیویٹیز ہوتی ہیں، جس کے بعد ٹی ڈبلیو ٹی قسم کا سلو ویو ڈھانچہ ہوتا ہے جو امپلیفائیڈ آؤٹ پٹ سگنل تیار کرتا ہے۔ ٹی ڈبلیو ٹی کی طرح، اس کی وسیع بینڈوتھ ہوتی ہے۔ مینوفیکچررز گائروٹرون سوویت یونین میں ایجاد کیا گیا تھا۔ موجودہ سازوں میں کمیونیکیشنز اینڈ پاور انڈسٹریز (یو ایس اے)، جی کام (روس)، تھیلز گروپ (ای یو)، توشیبا (جاپان، اب کینن انکارپوریٹڈ، جاپان سے بھی)، اور برج 12 ٹیکنالوجیز شامل ہیں۔ سسٹم ڈویلپرز میں گائروٹرون ٹیکنالوجی شامل ہے۔ الیکٹران سائکلوٹرون گونج فیوژن پاور ٹیرا ہرٹز تابکاری حوالہ جات بیرونی روابط گائروٹرون مائکروویو ٹیکنالوجی ٹیرا ہرٹز ٹیکنالوجی سوویت ایجادات ویکیوم ٹیوبیں پارٹیکل ایکسلریٹر