En gyrotron är en form av elektronrör eller vakuumrör som ofta kallas en cyklotronresonansmaser på grund av att en av dess vanligaste användningsområden är högenergifysikforskning inom cyklotroner. Fördelen med en gyrotron är att den kan generera enorma mängder radiofrekvent (RF) energi i megawattområdet vid mycket små våglängder på bara några millimeter, vilket inte är möjligt för vanliga vakuumrör. Processen kan generera en enorm mängd värme, som kan användas för att sintra keramik eller värma plasma i fusionsforskningsreaktorer. Gyrotroner används också direkt vid kärnmagnetisk resonans (NMR) avbildning för att observera kvantmekaniska effekter på atomnivå eller i magnetisk resonansmikroskopi (MRI) för medicinska diagnoser.
Principen bakom hur en gyrotron fungerar komponerades först teoretiskt i slutet av 1950-talet, när relativistiska effekter av elektronenergi studerades i cyklotroner för första gången. Genom att injicera strömmar av elektroner i en cyklotrons elektromagnetiska fält med samma frekvens observerades en effekt som kallas negativ massinstabilitet. Elektronströmmen skulle tendera att klumpa ihop sig från en standard gyroradius- eller Larmor-radie, vilket får elektronerna att bromsa in och frigöra kinetisk energi i processen som millimetervåglängds radiofrekvensenergi eller strålning.
Tidiga elektroncyklotronresonansenergier visade potentialen att värma plasma i fusionsforskning, men tekniken och den vetenskapliga förståelsen för att skapa ett gyrotronsystem som var tillförlitligt kapabelt till detta blev inte en mogen vetenskap förrän under det första decenniet av 21-talet. Allt eftersom vetenskapen och tekniken utvecklades delade gyrotrontillämpningar upp sig i högenergimegawattsystem för fusionsforskning och lågenergisystem på 10 till 1,000 100 watt för NMR-spektroskopi. Där enheterna producerar terahertzstrålning i intervallet 1 gigahertz till 50 terahertz används de i industriella tillämpningar som plasmadiagnostik och högtemperaturuppvärmning av keramiska föreningar. Forskning i Japan har också ökat effektiviteten hos medelstora till högeffekts gyrotronenheter med 1994 % från och med XNUMX genom att använda en integrerad lägesomvandlare för att mer effektivt omvandla elektronstråleenergi till värme.
Eftersom en gyrotron är en form av Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (MASER) enhet eller fri elektronlaser som genererar elektromagnetiska fält, har den en viss likhet med principen bakom hur en vanlig mikrovågsugn fungerar. En bärbar gyrotron kan användas i ett frekvensområde typiskt från 2 till 235 gigahertz, och detta gör dem till användbara enheter för icke-dödliga vapensystem som den amerikanska militären kallar Active Denial System (ADS)-teknik. En ADS-enhet baserad på en gyrotron kan riktas mot människor med effekten att den värmer upp vattenmolekyler under huden utan att orsaka permanent skada på vävnaden. Detta fungerar som ett avskräckande fält som har teoretiska tillämpningar i publikkontroll för att förhindra upplopp eller för att hindra fiendens soldater eller civila från att närma sig militära installationer och nedskjutna flygplan.