聞いたことのない11の最高の真空管

これらのデバイスは、冷戦中に警戒し、粒子物理学の進歩を助け、癌患者を癒し、ビートルズの録音の音を改善しました。

何千億ものソリッドステートデバイスの仕事に基づいた時代に、一般的に誰が真空管に興味を持っているでしょうか？実際、それは非常に興味深いです！ドラマ、豊かさ、そして発明の天才という点では、真空管の116年の歴史（終わろうとさえ思わない物語）と比較できる技術的な期間はほとんどありません。

証拠として、私は過去60〜70年で間違いなく世界を変えたチューブデバイスのリストをまとめました。



そして、コレクションのためだけに、私はそれをいくつかのランプで補いましたが、それは十分にユニークで、クールで、奇妙で、不明瞭になってしまうだけでした。



当然のことながら、誰かが何かのリストを作成するたびに-最も快適なスニーカー、クリーブランドで最も本格的なイタリアンレストラン、彼らが基づいている本を超えた映画-誰かが言葉を入れたり、議論したり、リストに追加したりする必要があります。だから、明らかなことを繰り返すと、これは私の真空管のリストです。しかし、私もあなたのリストを見たいと思います。コメントにあなたの意見を追加してください。



私はリストを包括的にしようとはしませんでした。ここには、ニクシーのようなガスで満たされたガラス球、サイラトロン、マイクロ波パルス、または陰極線管はありません。トラベリングウェーブサテライトランプやマイクロ波オーブンのマグネトロンなど、よく知られているランプを見逃しました。そして、RFチューブだけがリストにあるので、私はオーディオ周波数チューブの巨大なフリークショーを無視しました-1つの注目すべき例外を除いて。



しかし、私が選択したパラメーターの範囲内でさえ、非常に多くの驚くべきデバイスがあり、そのうちの11個だけを選択することは困難でした。したがって、これが私たちの生活を変えたランプの私のリストであり、あまり分類せずに提示されています。

医療用マグネトロン

Teledyne e2v



マグネトロンは、コンパクトなケースで無線周波数でコヒーレント波を効率的に生成するという問題で競合していません。



マグネトロンは、第二次世界大戦で英国のレーダーのバックボーンとして最初に有名になりました。 1970年代までには、レーダーに使用されることはほとんどありませんでしたが、産業、科学、医学に応用され、今日までそこで働いています。



これは、特に印象的なマグネトロンを使用した最後の例です。線形加速器で高エネルギーの電子ビームを生成します。ビームからの電子がターゲットの核（タングステンなどの原子番号の高い材料でできている）で跳ね返ると、大量のX線が生成されます。次に、これらのビームを腫瘍に向けて、腫瘍内の癌細胞を殺すことができます。放射線療法専用の最初の臨床加速器は、1952年にロンドンのハマースミス病院に設置されました。 3メートルの加速器は2メガワットのマグネトロンに給電しました。放射線療法



からの需要を満たすために、今日でも高出力マグネトロンが開発されています..。写真は、e2v Technologies（現在のTeledyne e2v）によって製造された医療用マグネトロンを示しています。そのピーク電力は2.6MW、平均は3 kW、効率は50％を超えています。長さ37cm、重さ8kgで、放射線治療装置のスイングアームに収まるほど小さくて軽いです。

ジャイロトロン

ジャイロトロンは、1960年代にソ連の放射線物理研究所で発明されました。これは、主に核融合実験でプラズマを加熱するために使用される高出力真空装置です。たとえば、現在フランス南部に建設されているITER [トカマック方式に従って動作する国際実験用熱核反応器、これもUSSRで発明されました。翻訳。]。このような実験では、1億5000万℃の温度まで加熱する必要があるかもしれません。



メガワットジャイロトロンはどのように機能しますか？それは、強い磁場の中で空洞内を回転する高エネルギー電子のビームを使用します[gyrate、eng。 -円を描くように回転します]。回転する電子と空洞の電磁場との間の相互作用により、プラズマに向けられる高周波電波が生成されます。波はプラズマ内の電子を加速し、それによってプラズマを加熱します。



平均1MWのエネルギーを生成するランプは浅くなりません。フュージョンジャイロトロンは、通常、高さが2〜2.5 mで、重量は1トン程度です。特に、テスラの6〜7個の超伝導コイルのおかげです。



プラズマ加熱に加えて、ジャイロトロンは材料処理や核磁気共鳴分光法に使用されます。また、アメリカ軍は群衆を分散させるためにそれらを使用しようとしました（システムアクティブ拒否システム）。このシステムは、直径約1.5メートルの比較的幅の広いミリ波のビームを放射します。ビームは人間の皮膚を温め、火傷の感覚を引き起こしますが、組織に浸透したり、組織に損傷を与えたりすることはありません。

トラベリングウェーブミニランプ

名前が示すように、進行波管（TWT）は、進行中または伝搬する電磁波の電界と電子ビームとの相互作用を通じて信号を増幅します。



ほとんどの20世紀のTWTは、100,000以上という非常に高いゲインで設計されました。ただし、このような係数は必ずしも必要ではありません。ここでは、L3Harris ElectronDevicesの生産セクションの冒頭にある写真のランプのようにミニTWTが便利です。そのゲインは約1000（30 dB）です。出力エネルギーが40〜200ワットの範囲で、小さなサイズと電圧が必要な場合に必要です。たとえば、14GHzで動作する40WのミニTWTは手にフィットし、重量は500g未満です。



軍隊はミニTWTに対して大きな需要があることが判明しました。1980年代に登場して間もなく、ミニTWTは電子戦で採用され、アクティブなレーダーホーミングを備えたミサイルに対する保護として航空機や船舶で使用され始めました。1990年代初頭、開発者はミニTWTをコンパクトな高電圧電源に統合し始めました。このシステムは、マイクロ波パワーモジュール（MPM）として知られるようになりました。MPMアンプは、PredatorやGlobal Hawkなどの軍用ドローンのレーダーや送信機、および電子保護システムにすぐに適用されました。

クリストロン

クリストロンは、高エネルギー物理学の進歩を加速するのに役立ちました。クリストロンは、電子ビームの運動エネルギーを電波エネルギーに変換します。デバイスの出力電力は、TWTまたはマグネトロンの出力電力よりもはるかに高くなります。 Klystronは、1930年代にラッセル兄弟とシグルドバリアン兄弟によって発明され、楽器を販売するために他のエンジニアであるバリアンアソシエイツとの会社で設立されました。今日、このビジネスは通信および電力産業の枠組みの中で生きています。



クリストロンでは、カソードから放出された電子がアノードに向かって加速され、ビームを形成します。磁場は、ビームがアノードの穴を通過してコレクターに当たるときにビームが拡大するのを防ぎます。中空構造とキャビティ共振器は、アノードとコレクターの間に配置されています。カソードに最も近い共振器に高周波信号が印加され、キャビティ内に電磁界が発生します。フィールドは、共振器を通過する電子ビームを変調します。これにより、電子の速度が異なり始め、共振器を通過するときに、それらは束にグループ化されます。最後のアクティブに振動している共振器を通過するほとんどの電子は減速します。その結果、出力信号は入力信号よりもはるかに強力になります。



1960年代に、エンジニアはスタンフォードの新しい3.2km線形粒子加速器で電波源として動作するクライストロンを開発しました。2.856 GHzの周波数で動作し、250kVの電子ビームを使用しました。そのピーク電力は24MWでした。500億eVの領域の粒子エネルギーを得るために、合計で240のそのようなクリストロンを設置する必要がありました。



これらのクライストロンは、粒子物理学における電波源としての真空管の大規模な使用への道を開いた。そのようなクライストロンの65MWバージョンはまだ生産されています。Klystronsは、荷物のスクリーニング、食品の滅菌、および放射線療法にも使用されます。

リングロッド付きトラベリングウェーブチューブ

今日まで使用されている冷戦ランプの1つは、リングロッドを備えた巨大な移動波ランプです。この高エネルギーランプは、カソードからコレクターまでの距離が3 mを超えており、世界最大のTWTになっています。



128個のリングロッドTWTは、ノースダコタのキャバリエ空軍基地に拠点を置く非常に強力な位相アレイレーダーに強力な無線信号のパルスを提供します。 440 MHzで動作するこのレーダーは、境界取得レーダー攻撃特性システム（PARCS）と呼ばれます。彼は北アメリカに向かって飛んでいる弾道ミサイルを探しています。また、宇宙ロケットの発射や軌道上を移動して入るオブジェクトを追跡します宇宙観測ネットワーク。 1972年に建てられたPARCSは、地球の軌道にあるすべてのオブジェクトの半分以上を追跡します。 3200kmの距離でバスケットボールサイズの物体を検出できると言われています。



リングロッドランプのさらに高い周波数バージョンは、アラスカの海岸から1,900km離れた離島のシェミヤの位相格子レーダーで使用されています。これは、米国以外の弾道ミサイルの発射を追跡するCobraDaneレーダーです。また、地球の低軌道にある宇宙の打ち上げや衛星から観測データを収集します。



この巨人の計画はリングロッドとして知られています。それは、その全長に沿って等間隔で配置された、交互のセグメントまたはロッドによって接続された同心リングで構成されています。このスキームは、電波がらせん状のワイヤーに沿って伝播する通常のTWTと比較して、電子ビームに沿ってより高い電界強度を与えます。強度が高いほど、ゲインが高くなり、効率が向上します。写真のランプは、1970年代初頭にレイテオンによって設計されました。今日、それらはL3Harris ElectronDevicesによって製造されています。

ウビトロン

チャールズ・エンダービーとユビトロン



「フリーエレクトロンレーザー」この用語が発明される15年前には、同じ基本原理で動作する真空管が存在していました。ユビトロン[ユビトロン]は、波状ビーム相互作用[波状ビーム相互作用]の略です。



ユビトロンは1957年に偶然に発明されました。カリフォルニア州パロアルトにあるGeneralElectric MicrowaveLaboratoryのエンジニアであるRobertPhillipsは、研究所の1つのTWTが振動を示し、もう1つが振動を示さなかった理由を解明しようとしていました。 2つのランプを比較すると、磁気集束の変化に気づき、ランプの1つでビームがしわくちゃになりました。彼は、これらの波状の振動が導波管内の電磁波と周期的な相互作用を引き起こす可能性があることに気づきました。これは、非常に高いピーク無線電力を取得するのに役立ちます。そして、ユビトロンが登場しました。



1957年から1964年の間に、フィリップスと彼の同僚は多くのユビトロンを収集してテストしました。セクションの冒頭の写真は1963年に撮影されたもので、チャールズ・エンダービーが磁石なしでユビトロンを持っているところを示しています。ランプは70,000ボルトで動作し、54GHzのピークで150kWを供給しました。これは10年間続いた記録です。しかし、1964年に、これらのエネルギーを処理できるアンテナや導波路がなかったため、米軍はこの研究への資金提供を停止しました。



今日のフリーエレクトロンレーザーは、ユビトロンと同じ基本原理を使用しています。フィリップスは、そのようなレーザーの分野での彼の研究に対して、1992年に賞を受賞しました。今日、これらのレーザーは粒子加速器の大きな光源とX線源に設置され、強力な電磁放射を放出します。これは、化学結合のダイナミクス、光合成の研究、薬物の作用の分析、および巨大ガスの形成の研究に適した温かい高密度物質の作成に使用されます。

カルシノトロン

カルシノトロンと 呼ばれるフランスのランプは、冷戦中に生まれた装置のもう1つの興味深い例です。彼女はマグネトロンと関係があります。これは1951年に、現在タレスの一部であるCompagnieGénéraledeTélégraphieSansFil（CSF）のBernardEpsteinによって発明されました。



カルシノトロンは、ユビトロンと同様に、従来のランプの発振に関する問題を解決する試みから生まれました。この場合、振動の発生源は、電子ビームの方向と反対の方向に向かう供給波でした。エプスタインは、振動の周波数が電圧によって調節できることを発見しました。その結果、電圧によって調節される後方波ランプの特許が登場しました[BWOを作成するというアイデアは、1948年にソビエトの科学者MFStelmakhによって表現されました/約。翻訳。]。



20年間、米国とヨーロッパで使用されている電子妨害装置は、電波源としてカルシノトロンを使用してきました。写真のランプは、1952年にCSFによって製造された最初のランプの1つでした。2〜4GHzのSバンドで200ワットを供給しました。



カルシノトロンは、出力を考慮すると非常にコンパクトです。パーマネントフォーカシングマグネットと合わせて、500Wモデルの重量は8kg、サイズは24×17×15 cmで、靴箱よりわずかに小さくなっています。



奇妙な名前は、クレイフィッシュを表すギリシャ語のkarkunosに由来し、Thales ElectronDevicesの真空電子機器のスペシャリストであるPhillippeTouveninが私に説明しました。結局のところ、クレイフィッシュは後方に移動します。

デュアルモード進行波ランプ

デュアルモードTWTは、レーダーへの対策として1970年代と1980年代に米国で開発された奇妙なマイクロ波真空管でした。ランプは、低出力の連続波と高出力の断続波を生成でき、合計で2つありました。2つのビーム、2つの回路、2つの電子銃、2つの集束磁石、2つのコレクターです。すべて1つのランプハウジングに収められています。



その主な利点は、デバイスの機能の拡張でした。たとえば、カウンターシステムは、連続的な低電力波と断続的な高電力波の2つのモードで動作できますが、単一の送信機と単純なアンテナフィードを使用できます。断続的な波の原因となったランプの短い部分にある電子銃の制御格子は、ランプの動作モードをすばやく切り替えることができました。当然、ランプハウジングが損傷すると、両方の機能が機能しなくなります。



写真のランプは、1993年にLitton ElectronDevicesが購入したRaytheonによって開発されました。Raytheon / LittonとNorthropGrummanはデュアルモードTWTを作成しましたが、それらの生産は大量生産には複雑すぎたため、2000年代初頭に段階的に廃止されました。

マルチビームクライストロン

私たちの多くが学生として学んだように、電力は電圧と電流の積です。真空管からより多くの電力を引き出すには、電子ビームの両端の電圧を上げることができますが、管のサイズを大きくして電源を複雑にする必要があります。ビーム電流を上げることもできますが、これには十分な問題があります。デバイスがより高い電流を処理できること、および磁場が回路（電子ビームと相互作用するランプの部分）を介して電子を安全に移動できることを確認する必要があります。



さらに、ランプの効率は通常、エネルギー変換に必要な電子バンチングが損なわれるため、電流の増加とともに低下します。



これらの欠点はすべて、単一の電子ビームと単一の回路を備えた従来の真空管に現れます。しかし、いくつかのカソードから出て、共通の回路を通過するいくつかのビームを編成するとどうなるでしょうか。個々のビームの電力が平均的であっても、総電流は大きくなり、デバイスの効率に影響はありません。



このようなマルチビームデバイスは、1960年代に米国、USSR、その他多くの場所で研究されました。米国ではこれはうまくいきませんでしたが、USSRでは作業が続けられ、マルチビームクライストロン（MLK）の導入に成功しました。ロシアでは、これらのランプの多くが使用されており、レーダーを含むさまざまな分野で使用されています。



写真は、2001年にフランスの会社Thomson Tubes Electroniques（現在はThalesの一部）によって製造されたMLKの最新の例を示しています。これは、ドイツの研究所であるElectron Synchrotron（DESY）で開発されました。新しいバージョンは、X線フリー電子レーザー用にヨーロッパの研究所で使用されています。ランプは7つのビームを使用し、合計電流は137 A、ピーク電力は10 MW、平均は150kWです。その効率は63％を超えています。比較すると、トムソンシングルビームクライストロンは、40％の効率で5MWのピーク電力と100kWの平均電力を提供します。信号増幅の観点から、1つのMLKは2つの従来のクライストロンに相当することがわかります。

Coaxitron

私が説明したすべてのランプは電子ビームを使用しています。しかし、そのようなデバイスが登場する前は、グリッドがランプに使用されていました-透明な金属スクリーンの形の電極。それらは、電子の流れを制御または調整するために、カソードとアノードの間に配置されました。そのようなグリッドの数に応じて、ランプは（グリッド無し）ダイオード、呼ばれた三極管（1つのグリッドを有する）、tetrodes（2つのグリッド）、等低ワット数のランプは、ラジオやスイッチとして一般的に使用されていたため、「受信ランプ」と呼ばれていました（ランプは米国では「チューブ」、英国では「バルブ」と呼ばれていることに注意してください）。



もちろん、彼らはまた、高出力をサポートする制御グリッドを備えたランプを作りました。..。送信ランプは、無線送信機で使用されてきました-はい、はい-。その後、このようなランプは、産業、科学、軍事のさまざまな興味深い分野で使用されました。



さらに多くのグリッドを備えたトライオードとランプには、カソード、電流制御グリッド、およびアノードまたはコレクター（またはプレート）がありました。それらのほとんどは、カソードの中心位置を持つ円筒形でした-通常、それは電極で囲まれた糸でした。



1960年代初頭にRCAによって開発されたCoaxitronは、円筒形の設計を独自に変更したものです。電極は、円筒形の同軸カソードからアノードまで、半径に沿って走っています。ただし、コアクシトロンカソードでは、電子エミッターだけが1つではなく、全周に沿ってセグメントに配置され、多くの加熱されたフィラメントが電子源として機能します。各スレッドは、独自の小さな電子ビームを提供します。このビームは放射状にアノードに向かって進むため、電子の流れを制限するために磁場は必要ありません。したがって、coaxitronは、メガワットのオーダーのかなりのレベルの電力を考えると、非常にコンパクトであることがわかります。



1 MW 425MHzコアキシトロンの重量は59kg、長さは61cmでした。10〜15 dBとやや控えめなゲインでしたが、コンパクトで超高周波のアンプとしてはユニークなデバイスでした。RCAはそのようなデバイスでアクセラレータを作成したかったのですが、最終的にはUHFレーダーに定着しました。また、最近、ソリッドステートデバイスがコアキシトロンに取って代わりましたが、それらのいくつかはまだ古いレーダーシステムで機能しています。

オーディオチューブTelefunken

グリッドがクライストロンやジャイロトロンなどのメガワットモンスターと比較して、電力と周波数のスペクトルの反対側にあるランプの重要な例。 Telefunken VF14Mは、伝説的なNeumann U47およびU48マイクのアンプとして使用されていたため、オーディオエンジニアやミュージシャンから尊敬されていました。それらはフランクシナトラとビートルズのプロデューサージョージマーティンによって好まれました。ちなみに、ノイマンU47マイクはロンドンのアビーロードスタジオミュージアムに保管されています。ランプ名のMは、マイクでの使用に適していることを示しています。ノイマンによってテストされたランプだけがこの部品番号を受け取りました。



VF14は五極管ですつまり、5つの電極があり、そのうち3つはグリッドです。ただし、マイクではトライオードのように機能し、3つのグリッドのうち2つが互いに接続され、アノードに接続されます。これは、おそらくトライオードの音質が優れているためです。カソードを加熱して電子を放出するVF14フィラメントは55Vで動作します。これは、2つのランプを110 Vでデイジーチェーン接続できるように意図的に行われ、戦後のドイツで重要な要素である電源のコストを削減しました。



今日では、VF14Mに代わるチップを購入でき、55Vフィラメントをエミュレートすることもできますが、ウォームチューブサウンドに取って代わるのでしょうか。もちろん、オーディオスノブは決してそれに同意しません。