Un gyrotron es una forma de tubo de electrones o tubo de vacío que a menudo se denomina maser de resonancia de ciclotrón debido al hecho de que uno de sus usos más frecuentes es en la investigación de física de alta energía en ciclotrones. La ventaja que ofrece un gyrotron es que puede generar enormes cantidades de energía de radiofrecuencia (RF) en el rango de megavatios en longitudes de onda muy pequeñas de solo unos pocos milímetros, lo que no es posible para los tubos de vacío estándar. El proceso puede generar una enorme cantidad de calor, que se puede utilizar para sinterizar cerámica o calentar plasma en reactores de investigación de fusión. Los girotrones también se emplean directamente en la formación de imágenes por resonancia magnética nuclear (RMN) para observar efectos de la mecánica cuántica a nivel atómico o en microscopía de resonancia magnética (RM) para diagnósticos médicos.
El principio detrás de cómo funciona un gyrotron se compuso teóricamente por primera vez a fines de la década de 1950, cuando los efectos relativistas de la energía electrónica se estaban estudiando en ciclotrones por primera vez. Al inyectar corrientes de electrones en el campo electromagnético de un ciclotrón con una frecuencia igual, se observó un efecto conocido como inestabilidad de masa negativa. La corriente de electrones tendería a agruparse desde un radio de giro estándar o radio de Larmor, haciendo que los electrones se desaceleren y liberen energía cinética en el proceso como energía o radiación de radiofrecuencia de longitud de onda milimétrica.
Las primeras energías de resonancia de ciclotrón de electrones demostraron el potencial de calentar plasmas en la investigación de la fusión, pero la tecnología y el conocimiento científico para crear un sistema de girotrón que fuera capaz de hacer esto de manera confiable no se convirtió en una ciencia madura hasta la primera década del siglo XXI. A medida que avanzó la ciencia y la tecnología, las aplicaciones de gyrotron se dividieron en sistemas de megavatios de alta energía para la investigación de la fusión y sistemas de 21 a 10 vatios de baja energía para la espectroscopia de RMN. Cuando los dispositivos producen radiación de terahercios en el rango de 1,000 gigahercios a 100 terahercio, se utilizan en aplicaciones industriales como el diagnóstico por plasma y el calentamiento a alta temperatura de compuestos cerámicos. La investigación en Japón también ha aumentado la eficiencia de los dispositivos gyrotron de gama media a alta potencia en un 1% a partir de 50 mediante el uso de un convertidor de modo integrado para convertir de manera más eficiente la energía del haz de electrones en calor.
Dado que un gyrotron es una forma de amplificación de microondas mediante un dispositivo de emisión estimulada de radiación (MASER) o un láser de electrones libres que genera campos electromagnéticos, tiene cierta similitud con el principio detrás del funcionamiento de un horno de microondas estándar. Un gyrotron portátil se puede operar en un rango de frecuencias típicamente de 2 a 235 gigahertz, y esto los convierte en dispositivos útiles para sistemas de armas no letales a los que el ejército de EE. UU. Se refiere como tecnología Active Denial System (ADS). Un dispositivo ADS basado en un gyrotron puede dirigirse contra seres humanos con el efecto de que calienta las moléculas de agua debajo de la piel sin causar daño permanente a los tejidos. Esto actúa como un campo disuasorio que tiene aplicaciones teóricas en el control de multitudes para prevenir disturbios o para evitar que los soldados o civiles enemigos se acerquen a las instalaciones militares y los aviones derribados.