Sir John Turton Randall , FRS FRSE [2] (23 de marzo de 1905 - 16 de junio de 1984) fue un físico y biofísico inglés , a quien se le atribuye la mejora radical del magnetrón de cavidad , un componente esencial del radar de longitud de onda centimétrica , que fue una de las claves de la victoria aliada en la Segunda Guerra Mundial . También es el componente clave de los hornos microondas . [3] [4]
Randall colaboró con Harry Boot y juntos crearon una válvula que podía emitir pulsos de energía de radio de microondas en una longitud de onda de 10 cm. [3] Sobre la importancia de su invención, el profesor de historia militar de la Universidad de Victoria en Columbia Británica, David Zimmerman, afirma: "El magnetrón sigue siendo el tubo de radio esencial para las señales de radio de onda corta de todo tipo. No solo cambió el curso de la guerra al permitirnos desarrollar sistemas de radar aerotransportados, sino que sigue siendo la pieza clave de la tecnología que se encuentra en el corazón de su horno de microondas actual. La invención del magnetrón de cavidad cambió el mundo". [3]
Randall también dirigió el equipo del King's College de Londres que trabajó en la estructura del ADN . El adjunto de Randall, el profesor Maurice Wilkins , compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962 con James Watson y Francis Crick del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge por la determinación de la estructura del ADN . Entre sus otros colaboradores se encontraban Rosalind Franklin , Raymond Gosling , Alex Stokes y Herbert Wilson , todos ellos implicados en la investigación del ADN.
John Randall nació el 23 de marzo de 1905 en Newton-le-Willows , Lancashire, hijo único y el primero de los tres hijos de Sidney Randall, viverista y comerciante de semillas, y su esposa, Hannah Cawley, hija de John Turton, gerente de una mina de carbón en la zona. [2] Fue educado en la escuela secundaria de Ashton-in-Makerfield y en la Universidad Victoria de Manchester , donde recibió una licenciatura con honores de primera clase en física y un premio de posgrado en 1925, y una maestría en ciencias en 1926. [2]
En 1928 se casó con Doris Duckworth.
Entre 1926 y 1937, Randall trabajó en investigaciones para la General Electric Company en sus laboratorios de Wembley , donde desempeñó un papel destacado en el desarrollo de polvos luminiscentes para su uso en lámparas de descarga. [ cita requerida ] También se interesó activamente en los mecanismos de dicha luminiscencia . [2]
En 1937 fue reconocido como el principal trabajador británico en su campo y recibió una beca de la Royal Society en la Universidad de Birmingham , [ cita requerida ] donde trabajó en la teoría de la trampa de electrones de la fosforescencia en la facultad de física de Mark Oliphant con Maurice Wilkins . [5] [6] [7] [8]
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Cuando la guerra comenzó en 1939, el Almirantazgo se puso en contacto con Oliphant para hablar sobre la posibilidad de construir una fuente de radio que funcionara en frecuencias de microondas . Un sistema de este tipo permitiría que un radar que lo utilizara pudiera detectar objetos pequeños como los periscopios de los submarinos sumergidos . Los investigadores de radar del Ministerio del Aire en Bawdsey Manor , en la costa de Suffolk , también habían expresado su interés en un sistema de 10 cm, ya que esto reduciría en gran medida el tamaño de las antenas de transmisión, lo que las haría mucho más fáciles de colocar en el morro de los aviones, en lugar de montarlas en las alas y el fuselaje como en sus sistemas actuales. [9]
Oliphant comenzó a investigar utilizando el klistrón , un dispositivo introducido por Russell y Sigurd Varian entre 1937 y 1939, y el único sistema conocido para generar microondas de manera eficiente. Los klistrones de la época eran dispositivos de muy baja potencia, y los esfuerzos de Oliphant se dirigieron principalmente a aumentar en gran medida su salida. Si esto tenía éxito, creaba un problema secundario; el klistrón era solo un amplificador, por lo que se necesitaba una señal de fuente de baja potencia para que amplificara. Oliphant puso a Randall y Harry Boot en esta cuestión de producir un oscilador de microondas, pidiéndoles que exploraran tubos Barkhausen-Kurz en miniatura para esta función, un diseño que ya se usaba para sistemas UHF . Su trabajo demostró rápidamente que estos no ofrecían ninguna mejora en el rango de microondas. [10] El esfuerzo del klistrón pronto se estancó con un dispositivo que podía generar alrededor de 400 vatios de potencia de microondas, suficiente para fines de prueba, pero muy por debajo de los sistemas de varios kilovatios que se requerirían para un sistema de radar práctico.
Randall y Boot, al no tener otros proyectos en los que trabajar, comenzaron a considerar soluciones a este problema en noviembre de 1939. El único otro dispositivo de microondas conocido en ese momento era el magnetrón de ánodo dividido, un dispositivo capaz de generar pequeñas cantidades de energía, pero con baja eficiencia y generalmente menor salida que el klistrón. Sin embargo, notaron que tenía una enorme ventaja sobre el klistrón: la señal del klistrón está codificada en una corriente de electrones proporcionada por un cañón de electrones , y era la capacidad de corriente del cañón la que definía cuánta energía podría manejar el dispositivo en última instancia. En contraste, el magnetrón usaba un cátodo de filamento caliente convencional, un sistema que se usaba ampliamente en sistemas de radio que producían cientos de kilovatios. Esto parecía ofrecer un camino mucho más probable hacia una mayor potencia. [10]
El problema de los magnetrones existentes no era la potencia, sino la eficiencia. En el klistrón, un haz de electrones pasaba a través de un disco de metal conocido como resonador. La disposición mecánica del resonador de cobre hacía que influyera en los electrones, acelerándolos o ralentizándolos, liberando microondas. Esto era razonablemente eficiente y la potencia estaba limitada por los cañones. En el caso del magnetrón, el resonador fue reemplazado por dos placas de metal sujetas con cargas opuestas para provocar la aceleración alterna, y los electrones eran obligados a viajar entre ellas utilizando un imán. No había un límite real para la cantidad de electrones que esto podía acelerar, pero el proceso de liberación de microondas era extremadamente ineficiente.
Los dos consideraron entonces qué sucedería si las dos placas metálicas del magnetrón fueran reemplazadas por resonadores, combinando esencialmente los conceptos existentes de magnetrón y klistrón. El imán haría que los electrones viajaran en un círculo, como en el caso del magnetrón, de modo que pasarían por cada uno de los resonadores, generando microondas de manera mucho más eficiente que el concepto de placa. Recordando que Heinrich Hertz había utilizado bucles de alambre como resonadores, en lugar de las cavidades en forma de disco del klistrón, parecía posible que se pudieran colocar múltiples resonadores alrededor del centro del magnetrón. Más importante aún, no había un límite real para el número o el tamaño de estos bucles. Se podría mejorar enormemente la potencia del sistema extendiendo los bucles hasta formar cilindros, definiéndose entonces la capacidad de manejo de potencia por la longitud del tubo. La eficiencia podría mejorarse aumentando el número de resonadores, ya que cada electrón podría interactuar con más resonadores durante sus órbitas. Los únicos límites prácticos se basaban en la frecuencia requerida y el tamaño físico deseado del tubo. [10]
Desarrollado con equipo de laboratorio común, el primer magnetrón consistía en un bloque de cobre con seis agujeros perforados para producir los bucles resonantes, que luego se colocaba en una campana de cristal y se bombeaba al vacío, que a su vez se colocaba entre los polos del imán de herradura más grande que pudieron encontrar. Una prueba de su nuevo diseño de magnetrón de cavidad en febrero de 1940 produjo 400 vatios, y en una semana había superado los 1.000 vatios. [10] Luego, el diseño se mostró a los ingenieros de GEC , a quienes se les pidió que intentaran mejorarlo. GEC introdujo una serie de nuevos métodos industriales para sellar mejor el tubo y mejorar el vacío, y agregó un nuevo cátodo recubierto de óxido que permitía que pasaran corrientes mucho mayores a través de él. Estos aumentaron la potencia a 10 kW, aproximadamente la misma potencia que los sistemas de tubo convencionales utilizados en los equipos de radar existentes. El éxito del magnetrón revolucionó el desarrollo del radar, y casi todos los nuevos equipos de radar a partir de 1942 utilizaron uno.
En 1943, Randall dejó el laboratorio físico de Oliphant en Birmingham para enseñar durante un año en el Laboratorio Cavendish en Cambridge. [ cita requerida ] En 1944, Randall fue nombrado profesor de filosofía natural en la Universidad de St Andrews y comenzó a planificar investigaciones en biofísica (con Maurice Wilkins ) con una pequeña beca del Almirantazgo. [11]
En 1946, Randall fue nombrado jefe del Departamento de Física del King's College de Londres. [ cita requerida ] Luego se trasladó a la cátedra Wheatstone de física en el King's College de Londres , donde el Consejo de Investigación Médica creó la Unidad de Investigación de Biofísica con Randall como director (ahora conocida como Centro Randall de Biofísica Celular y Molecular) en el King's College. [ cita requerida ] Durante su mandato como director, el trabajo experimental que condujo al descubrimiento de la estructura del ADN fue realizado allí por Rosalind Franklin , Raymond Gosling , Maurice Wilkins, Alex Stokes y Herbert R. Wilson. Asignó a Raymond Gosling como estudiante de doctorado a Franklin para trabajar en la estructura del ADN por difracción de rayos X. [12] Según Raymond Gosling, el papel de John Randall en la búsqueda de la doble hélice no se puede exagerar. Gosling tenía una opinión tan firme sobre este tema que escribió a The Times en 2013 durante las celebraciones del sexagésimo aniversario. [13] Randall creía firmemente que el ADN contenía el código genético y reunió a un equipo multidisciplinario para ayudar a demostrarlo. Fue Randall quien señaló que, dado que el ADN estaba compuesto principalmente de carbono, nitrógeno y oxígeno, era exactamente igual que los átomos del aire de la cámara. El resultado fue una retrodispersión difusa de los rayos X, que empañaron la película, por lo que le ordenó a Gosling que sustituyera todo el aire con hidrógeno. [13]
Maurice Wilkins compartió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1962 con James Watson y Francis Crick ; Rosalind Franklin ya había muerto de cáncer en 1958.
Además del trabajo de difracción de rayos X, la unidad llevó a cabo un amplio programa de investigación por parte de físicos, bioquímicos y biólogos. El uso de nuevos tipos de microscopios ópticos condujo a la importante propuesta en 1954 del mecanismo de filamento deslizante para la contracción muscular. [ cita requerida ] Randall también tuvo éxito en la integración de la enseñanza de las biociencias en el King's College. [2]
En 1951 creó un gran grupo multidisciplinario que trabajaba bajo su dirección personal para estudiar la estructura y el crecimiento de la proteína del tejido conectivo colágeno . [ cita requerida ] Su contribución ayudó a dilucidar la estructura de tres cadenas de la molécula de colágeno. [ cita requerida ] El propio Randall se especializó en el uso del microscopio electrónico , primero estudiando la estructura fina de los espermatozoides y luego concentrándose en el colágeno. [2] En 1958 publicó un estudio de la estructura de los protozoos. [2] Creó un nuevo grupo para utilizar los cilios de los protozoos como un sistema modelo para el análisis de la morfogénesis correlacionando las diferencias estructurales y bioquímicas en mutantes.
Randall se casó con Doris, hija de Josiah John Duckworth, un topógrafo de minas de carbón, en 1928. [2] Tuvieron un hijo, Christopher, nacido en 1935. [2]
En 1970 se trasladó a la Universidad de Edimburgo , donde formó un grupo que aplicó una gama de nuevos métodos biofísicos, como estudios de difracción de neutrones coherentes de cristales de proteínas en soluciones iónicas en agua pesada, para estudiar por difracción y dispersión de neutrones varios problemas biomoleculares, como el intercambio de protones de residuos de proteínas por deuterones. [ cita requerida ]
