Техника - молодёжи 1963-06, страница 6

за — уже широко в ходу. Если электронный процесс идет не при высоком вакууме, отрицательно заряженное облако электронов пронизывается положительными ионами оставшегося в приборе газа. Ионы «тяжелы на подъем», инертны. Будучи в тысячи раз весомее электронов, они не принимают участия в динамике про цесса. Но их роль в другом. Своими положительными зарядами они нейтрализуют взаимное расталкивание электронов. По такому принципу р ботают ртутные выпрямит ли, тиратроны и другие газонаполненные приборы. Здесь уже допустимы значительные мощности.

Праада, у этого способа есть свои недостатки. Электроны, быстро движущиеся в рабочем пространстве, сталкиваются с газовыми молекулами. При этом «трение» возрастает, потери увеличиваются. А главное — у газонаполненных приборов теряется основное достоинство электроники — ничтожная инерционность. Ведь электрон — самг легкая из заряженных частиц. За кратчайшее время даже слабое электрическое поле способно сообщить ему гр мадные скорости. Скажем, элек роны, ускоренные полем с разностью потенциалов всего в 100 в, могут пролететь за секунду рас чэяиие, примерно равное радиусу Земли. Именно этой безынерционное™ и обязана элек троиика своими успехами буквально во всем, начиная от карманных радиоприемников и кончая быстродействующими вычислительными устройствами. Ясно, что посторонние положительные ионы усложняют характер движения электронов.

Более эффективно другое средство борьбы с расталкиванием электронного облачка — магнитное поле. Чтобы пояснить механизм этого процесса. рассмо рим самый простой случай: облачко электронов движется вдоль силовых линий постоянного магнитного поля. Объемный заряд выталкивает электрон из облачка. Но при этом возникает сила Лоренца, которая возвращает электр иы восвояси. В результате этого облачко ие расплывается, а, напротив, фокусируется (см. цветную вкладку;.

Вот. например, магнетрон — генератор колебаний сверхвысоких частот. В нем применяется фокусирующее действие магнитного поля. Разумеется, там дело обстоит сложнее. Но физический механизм аналогичен только что разобранному. Применение магнитного поля в современных магнетронах в импульсном режиме i о зволяет достигать довольно большой мощности — сотии киловатт иа квадратный сантиметр рабочей поверхности катода.

Возникает законный вопрос: почему до сих пор электронные процессы в магнитном поле ие были использованы для целей мощной, сверхвысокочастотной электротехники? Дело в том, что физические процессы, происходящие в магнетроне, до самого последнего времени оставались необоснованными теоретически. До сих пор конструкторы магнетронов работают чуть лч ие вслепую, методом «проб и ошибок». После многолетней, в основном эмпирической, работы изготовляется большое количество раз

Рис. В. БОССАРТА

личных магнетронов. Из них отбираются образцы с наилучшими показателями. Далее, на основании теории подобия, эти магнетроны пересчиты-ваются для различных условий работы. Найденные таким эмпирическим путем магнетроны хорошо работают, их коэффициент полезного действия доходит до 60—70%. И хотя этот способ позволяет инженерам-конструкторам удовлетворить запросы радиотехники. он не может привести к' пониманию и использованию всех возможностей, скрытых в электронике магнетрона.

Чтобы решить поставленную проблему, нужен был новый теоретический подход, вскрывающий механизм электронных процессов в магнитном поле, новый метод расчета.

Физики уже давно вывели уравнения, которым подчиняется движение электронов в электрических и магнитных полях. Но эти уравнения очень сложны, и решать их приходится на электронно-счетных машинах методом численного интегрирования. Это очень трудоемкая работа, в результате которой мы получаем массу чисел. По этим числам можно установить траектории отдельных электронов, но выяснить физический смысл процесса, охватить его целиком с помощью машины оказалось невозможно. Только творческая человеческая мысль могла преодолеть эти трудности. П. JI. Капица создал простой и изящный метод, дающий достаточно точное решение уравнений и позволяющий понять физическую картину явления. Траектории электронов выражаются через элементарные функции, а это очень удобно для практических расчетов.

Метод оказался весьма эффективным для решения конкретных задач электроники. Была разработана теория генераторов сверхвысоких ча

стот — магнетрона и нлаиотрона (видоизмененного магнетрона).

Автор идеи построил образцы плаиотронов, чтобы проверить на них свои теоретические выводы. Совпадение оказалось блестящим.

...Трудно предвидеть в деталях, какой будет эиерготрасса завтрашнего дня. К сверхм щному планотрону от электростанции подводится постоянный электрический ток. Плаиотрон трансформирует энергию этого тока в энергию электромагнитных колебаний сверхвысоких частот. Резонаторы, в которых возникают эти колебания, непосредственно соединены с началом волновода. По трубе радиусом 1 м можно будет передавать всю энергию Братской ГЭС на тысячи километров. И это при кпд около 90 %1 От магистральной линии энергию можно ответвлять по менее крупным волноводам. Такая канализация энергии по трубам без изоляции решит

§яд интересных технических проблем, иергию можно направить, скажем, прямо в доменную печь. Никаких электродов — просто труба, которая плавит металл! Или устремить ее в буровые скважины. Там она будет разогревать грунт на больших глубинах. Это поможет при добыче серы, тяжелых нефтей и т. д.

Разумеется, энергия нужна не только для нагревания. Должен же кто-то вращать роторы моторов и освещать жилища! Что ж, плаиотрон — мастер иа все руки. У него есть замечательное свойство — обратимость. Подведите к динамо-машине электрический ток, и она заработает, как электромотор. Так и здесь: плаиотрон отлично будет преобразовывать сверхвысокочастотную энергию снова в постоянный электрический ток. Планотроиы, работающие в обратном режиме, будут стоять иа концах волновода и питать энергией фабрики, заводы.

Открывается еще одна поистине фантастическая возможность — передавать эи( ргию без проводов на громадные расстояния — например, на спутник Вместо трубы будет использован узкий направленный луч.

Работа академика П. JI. Капицы — лишь первый шаг в создании электроники больших мощностей. Сколько неизведанных троп, сколько заманчивых далей откроется перед каждым, кто решит посвятить свой труд и талант этой увлекательно! i проблеме!

Передача электроэнергии по проводам — дело хлопотно». Многих трудностей, ноторыа показаны в в • р к у на внладне, нет у энерготрассы будущего. Н н ж • показана вв с х ь-м в: планотрон-передатчнк, труба-волновод, планотрон-прнемннн. Чтобы понять работу будущих плаиотронов, рассмотрим устройство и принцип действия уже существующих магнетронов. Рнсунои слава (между началом и нонцом подземной знерго-трассы) поясняет идею магнитной

tionycHpoBHH, справа — схему ра-оты магнетрона. Между цнлнндрн-чееннм натодом и кольцеобразным анодом создается высокое постоянное злеитричесное напряжение. А вдоль оси натода перпеидннулярно злеитрнческому полю — сильное постоянное магнитное поле. Элентроны, срывающиеся с расналенного натода, в этих скрещенных полях благодаря силе Лоренца Е формируются ■

электронные обяачиа н возбуждают в резонаторах (полостях в аноде) высоночастотные электромагнитны» нолвбаиня.

Плаиотрон — плоеное подобие маг-ивтрона. Магнетрон наи бы эамииут сам иа себя, свернут в кольцо. П а-иотрон получится, есяи «развернуть» магнетрон.

Колебания, возбуждаемые плаиотро-ном-передатчиком, можно с помощью параболической аитвниы сформировать в узиий пучои. И энергия без труб н проводов устремится прямо по воздуху или безвоздушному пространству, йен сейчас телевизиониыв изображения по радиорелейным линиям. Ну, а вели антенну сделать побольше, то можно добраться и до спутника. Ведь будущим внеземным станциям межзвездных ранет потре бувтея громадная знвргия, а провода или трубу на спутник не проведешь.

►

4