¿Qué es un Girotrón?
Un girotrón es un dispositivo de tubo de vacío en el que los electrones se enrollan alrededor de un campo magnético generado por una bobina superconductora, se aceleran mediante energía rotacional de alta velocidad y, a continuación, se convierten y emiten como microondas milimétricas de alta potencia en un resonador de cavidad.
Esta maquina utiliza el fenómeno denominado CRM. Es un fenómeno denominado “máser de resonancia ciclotrónica”, en el que la energía cinética de los electrones rotados por la fuerza electromagnética se convierte en ondas electromagnéticas llamadas microondas.
La banda de ondas milimétricas se refiere a la banda de ondas de radio de 1 mm a 10 mm de longitud de onda y de 30 GHz a 300 GHz de frecuencia, y es una banda de frecuencias de gran linealidad y capaz de transportar grandes cantidades de información.
Usos de los Girotrones
Los girotrones se utilizan en las siguientes aplicaciones
- Campos Industriales
Sinterización de cerámica - Campos de Investigación y Desarrollo
Relacionados con el plasma (calentamiento, medición, etc.) en dispositivos experimentales de fusión a nivel de laboratorio - Banda de Sub-THz
Comunicaciones por satélite, radio simple, acceso radio de abonado (banda 38 GHz), diversos radares de automóviles, LiDAR, ADAS, conducción automática, etc.
Los girotrones son objeto de estudios reiterados para su aplicación en diversos campos, ya que constituyen una fuente de potencia relativamente elevada en la banda de ondas milimétricas, que se prevé utilizar cada vez más para las aplicaciones de comunicaciones más allá de 5G/6G en el futuro.
Principios de los Girotrones
El principio de un girotrón se basa en el “fenómeno máser de resonancia ciclotrónica”, en el que los electrones emitidos desde un cañón de electrones interno adquieren energía cinética rotacional helicoidal al atravesar un campo magnético superconductor y se convierten en energía de ondas electromagnéticas de alta potencia en la banda de ondas milimétricas dentro de un resonador de cavidad.
Los electrones disparados por un cañón de electrones de alta tensión (unos 100 kV) reciben energía rotacional de alta velocidad al pasar por un campo magnético creado por un imán superconductor (10 T (tesla) o menos). Los electrones, una vez adquirida la energía de rotación, se dirigen en espiral hacia el colector del tubo de vacío que acabará por recogerlos.
Los electrones en espiral resuenan con la energía de los electrones al pasar por un resonador situado en medio de su trayectoria. Parte de la energía de los electrones resonantes pierde energía cinética, y la energía perdida se convierte en ondas electromagnéticas.
A continuación, las ondas electromagnéticas generadas se reflejan repetidamente y finalmente se emiten desde el girotrón a través de una ventana del mismo, como un diamante artificial. Esto permite utilizarlas como ondas electromagnéticas de banda milimétrica de alta potencia.
Más Información sobre los Girotrones
1. El Desarrollo de la Fusión Nuclear y los Girotrones
La tecnología de fusión se considera una prometedora tecnología futura de generación de energía, pero para que funcione, las ondas milimétricas sub-THz de alta potencia de los Girotrones se transmiten a un reactor de fusión situado a unos 100 m de distancia, donde se lanzan al plasma para calentarlo. Como resultado, se inicia una reacción de fusión.
Actualmente está previsto que el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER), un proyecto internacional conjunto dirigido por institutos de investigación de todo el mundo para la generación de energía limpia en un futuro próximo, comience a funcionar en 2025, y también se está activando el desarrollo de girotrones para el calentamiento y diversas mediciones para experimentos en instalaciones de fusión.
2. Frecuencias de Girotrón
Una de las instalaciones de fusión más prometedoras actualmente en proyecto es el “reactor de fusión tokamak”. En las instalaciones con este cuerpo de reactor, el plasma del interior debe calentarse a temperaturas muy elevadas en un campo magnético superconductor extremadamente fuerte. En este proceso, la magnitud del campo magnético superconductor difiere entre el centro y el borde del cuerpo del reactor de fusión, por lo que es deseable disponer de una configuración que permita seleccionar múltiples frecuencias de oscilación de resonancia del girotrón, con el fin de utilizar el interior del cuerpo del reactor de la forma más amplia y eficaz posible.