En gyrotron er en form for elektronrør eller vakuumrør som ofte blir referert til som en syklotronresonansmaskin på grunn av det faktum at en av dets hyppigste bruksområder er innen høyenergifysikkforskning i syklotroner. Fordelen som en gyrotron tilbyr er at den kan generere enorme mengder radiofrekvens (RF) energi i megawattområdet ved veldig små bølgelengder på bare noen få millimeter, noe som ikke er mulig for standard vakuumrør. Prosessen kan generere en enorm mengde varme, som kan brukes til å sintere keramikk eller varme opp plasma i fusjonsforskningsreaktorer. Gyrotroner er også direkte anvendt i avbildning av kjernemagnetisk resonans (NMR) for å observere kvantemekaniske effekter på atomnivå eller i magnetisk resonansmikroskopi (MRI) for medisinske diagnoser.
Prinsippet bak hvordan en gyrotron fungerer ble teoretisk først sammensatt på slutten av 1950-tallet, da relativistiske effekter av elektronenergi ble studert i syklotroner for første gang. Ved å injisere strømmer av elektroner i det elektromagnetiske feltet til en syklotron med samme frekvens, ble en effekt kjent som negativ massestabilitet observert. Elektronstrømmen vil ha en tendens til å binde seg sammen fra en standard gyroradius- eller Larmor-radius, noe som får elektronene til å retardere og frigjøre kinetisk energi i prosessen som millimeter bølgelengde radiofrekvensenergi eller -stråling.
Tidlige elektroniske syklotronresonansenergier demonstrerte potensialet til å varme plasmaer i fusjonsforskning, men teknologien og vitenskapelig forståelse for å skape et gyrotronsystem som var pålitelig i stand til dette, ble ikke en moden vitenskap før det første tiåret av det 21. århundre. Etter hvert som vitenskapen og teknologien avanserte, delte gyrotron-applikasjoner seg i høyenergi-megawatt-systemer for fusjonsforskning, og lavenergi 10- til 1000-watts systemer for NMR-spektroskopi. Der enhetene produserer terahertz-stråling i området 100 gigahertz til 1 terahertz, brukes de i industrielle applikasjoner som plasmadiagnostikk og høy temperaturoppvarming av keramiske forbindelser. Forskning i Japan har også økt effektiviteten av mellomtoner til høykraftige gyrotronenheter med 50% fra 1994 ved å bruke en integrert moduskonverter for å effektivisere konvertering av elektronstråleenergi til varme.
Siden en gyrotron er en form for mikrobølgeovnforsterkning ved stimulert emisjon av stråling (MASER) -apparat eller gratis elektronlaser som genererer elektromagnetiske felt, har den en viss likhet med prinsippet bak hvordan en standard mikrobølgeovn fungerer. En bærbar gyrotron kan betjenes i en rekke frekvenser som vanligvis er fra 2 til 235 gigahertz, og dette gjør dem til nyttige enheter for ikke-dødelige våpensystemer som det amerikanske militæret omtaler som Active Denial System (ADS) -teknologi. En ADS-enhet basert på en gyrotron kan målrettes mot mennesker med den effekten at den varmer opp vannmolekyler under huden uten å forårsake permanent skade på vevet. Dette fungerer som et avskrekkende felt som har teoretiske bruksområder i mengdekontroll for å forhindre opptøyer, eller for å hindre fiendens soldater eller sivile i å nærme seg militære installasjoner og nedlagte fly.
