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第5回「電子レンジのマグネトロン」の巻

磁石の磁場を利用して飛び出す電子を周回させる

アメリカで世界初の電子レンジが登場したのは1955年、日本では1961年に国産第1号が開発されました。しかし、当時の電子レンジは、きわめて重くかつ大型のもので、とても家庭用として普及しそうなものではありませんでした。

電子レンジの心臓部ともいえるのは、「マグネトロン」と呼ばれる一種の真空管です。そして、電子レンジの軽量化・コンパクト化に大きく貢献したのはフェライト磁石です。

ここで、マグネトロンの原理と構造を簡単に説明してみましょう。真空管において、陰極のフィラメントに電気を流すと、熱せられたフィラメントからは、陽極のほうに電子が飛び出します。この電子の流れに磁場をかけると、粒子である電子にはローレンツ力という力が作用して、その軌道が曲げられてしまいます。テレビのブラウン管はネック部の電子銃から放射された電子を、磁場によって巧みに軌道を変え、蛍光体に衝突させて画像を得ています。

真空管のもとになった二極真空管を発明したのは、「フレミングの法則」で知られるイギリスのフレミング(1904年)。この二極真空管を利用して、マイクロ波発振用のマグネトロンを開発したのはアメリカのハルです(1921年)。

ハル考案によるマグネトロンは、陽極は円筒形になっていて、中心軸には線状の陰極が設けられています。ここまでは真空管とさして変わりませんが、中心軸方向に磁界を加えることによって、真空管はマイクロ波を発生するマグネトロンへと変身します。

中心軸の陰極から飛び出して、円筒状の陽極に向かう電子には、加えられた磁界によってローレンツ力がはたらき、陽極には届かず円筒内で振動しながらグルグルと周回してしまいます。この電子の振動と電界の周期的変化のタイミングをうまく合わせると、出力アンテナからマイクロ波を発生させることができます。1928年、大阪大学の岡部金次郎は円筒形の陽極を分割することで、より強いマイクロ波を発生できることを発見しました。これが現在の分割型マグネトロンの始まりです。

マグネトロンの構造と電極

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