Del radar de la Segunda Guerra Mundial a las palomitas de microondas, el magnetrón de cavidad estuvo ahí

Por Allison Marsh

Colocado 2018-10-31 20:00 GMT

Este magnetrón de cavidad compacto dio a los aliados una forma de producir microondas de alta potencia para el radar

Foto: Ingenium
Foto: Ingenium

Para el verano de 1940, la Segunda Guerra Mundial había hecho estragos en Europa Occidental durante casi un año. Durante la Batalla de Inglaterra, los aviones alemanes bombardearon Londres y los centros industriales y bloquearon los puertos marítimos. Mientras tanto, Estados Unidos seguía intentando activamente mantenerse al margen de la guerra.

En este contexto, el físico Edward «Taffy» Bowen viajó con un grupo de otros científicos y oficiales militares británicos a Washington, D.C. A Bowen se le había confiado una caja metálica negra que contenía secretos técnicos relacionados con la R&D de Inglaterra en tiempos de guerra. El propósito del viaje, llamado oficialmente Misión Técnica y Científica Británica, era compartir estos secretos con Estados Unidos y Canadá, con la esperanza de que produjeran armas viables y otros equipos para la guerra.

Entre el contenido de la caja había un dispositivo de aspecto curioso: un disco con ranuras alrededor de su borde y delgados tubos y cables que se extendían desde sus extremos . Este aparato del tamaño de la palma de la mano, llamado magnetrón de cavidad, producía microondas de alta potencia, y resultaría ser, con mucho, el elemento más importante de la caja.

Dicho esto, la caja tuvo un desafortunado comienzo de viaje. De camino a la estación de tren de Londres, fue atada al techo de un taxi londinense. En la estación de Euston, un portero se la llevó antes de que Bowen pudiera objetar. Al embarcar en Liverpool, Bowen fue acompañado en todo momento por un silencioso caballero de porte militar. La caja, mientras tanto, estaba asegurada para que sus secretos se hundieran con el barco si éste era atacado.

Cómo llegó el magnetrón de cavidad a la caja en primer lugar es una historia que comenzó mucho antes. La palabra «magnetrón» -de «magnético» y «electrón»- entró en la lengua inglesa en 1921, cuando Albert W. Hull publicó su investigación sobre «El efecto de un campo magnético uniforme sobre el movimiento de los electrones entre cilindros coaxiales». Hull, físico e ingeniero eléctrico del Laboratorio de Investigación de General Electric en Schenectady (Nueva York), intentaba eludir una patente sobre el triodo que tenía Lee de Forest. El magnetrón de ánodo dividido de Hull acabó utilizándose como amplificador en receptores de radio y en osciladores. Numerosos investigadores empezaron a investigar y experimentar con el dispositivo.

Según la historia de la tecnología de microondas de John H. Bryant, antes de 1940 se publicaron más de 200 artículos sobre magnetrones de ánodo dividido en todo el mundo. Algunos describían cómo utilizar el invento de Hull; otros sugerían formas de optimizar lo que era esencialmente un diseño inferior.

En septiembre de 1939, John Randall y Henry Boot, físicos de la Universidad de Birmingham, en Inglaterra, comenzaron a explorar una nueva dirección en el diseño de magnetrones, bajo la dirección de Mark Oliphant. Se basaron en el trabajo del ingeniero holandés Klaas Posthumus, que había aclarado el funcionamiento teórico del magnetrón. Y tenían un problema muy concreto que resolver: Con los aviones alemanes aterrorizando a Inglaterra, cualquier mejora en las capacidades de radar del país podría ser de ayuda.

Además de ser profesor de física en Birmingham, Oliphant era miembro del programa de radar británico clasificado. Al comienzo de la guerra, el país tenía una cadena de estaciones de radar que operaban con una longitud de onda de 10 a 13 metros y estaba probando un radar aéreo con una longitud de onda de 1,5 metros. Oliphant abogó por un radar que operara en el rango de las microondas, con una longitud de onda de 10 cm o menos y con una potencia máxima de 1 kilovatio. Este sistema mejoraría la resolución de las imágenes del radar, permitiría instalar equipos más pequeños y ligeros en los aviones y sería menos susceptible a las interferencias de los ecos terrestres. Un magnetrón mejor era la clave.

En dos meses, Randall y Boot tenían un diseño básico para su magnetrón de cavidad. Consistía en una pieza cilíndrica de metal que tenía un cátodo que pasaba por un agujero central. El ánodo circundante tenía una serie de agujeros simétricos, o cavidades, dispuestos en círculo alrededor del agujero central. La sección transversal se parecía a la recámara de un revólver Colt, que casualmente sirvió de plantilla para algunos de los primeros prototipos de Randall y Boot.

Cuando se suministraba energía al cátodo y un campo magnético rodeaba el dispositivo, la oscilación de la carga eléctrica alrededor de las cavidades daba lugar a la radiación de ondas electromagnéticas. Cada cavidad creaba su propia frecuencia de resonancia.

Para febrero de 1940, tenían un prototipo que mostraba una longitud de onda de 9,8 cm a 400 vatios. En abril, contrataron a la General Electric Co. de Wembley, cerca de Londres, para producir ejemplares más resistentes que pudieran soportar pruebas más exhaustivas. La mayoría de los prototipos tenían 6 cavidades, pero el duodécimo prototipo tenía 8. Fue este último, el E1189, número de serie 12, creado por E.C.S. Megaw en General Electric, el que Bowen se llevó a Norteamérica.

La misión técnica y científica británica estaba dirigida por Sir Henry Tizard, que era presidente del Comité de Investigación Aeronáutica de Gran Bretaña y vio las ventajas evidentes que supondría un sistema de radar superior. Sabía que los investigadores de Birmingham habían realizado importantes avances, pero también comprendía que Gran Bretaña tendría problemas con la producción industrial mientras luchaba en la guerra.

Foto: Hulton Archive/Central Press/Getty Images
Diplomacia científica: Sir Henry Tizard dirigió la Misión Técnica y Científica Británica, que buscó la ayuda de Estados Unidos y Canadá para la producción industrial de la R&D de Inglaterra en tiempos de guerra.

El gobierno de Londres, mientras tanto, dudaba de que Estados Unidos pudiera guardar sus secretos. Tizard primero tuvo que persuadir a Winston Churchill para que revelara la tecnología a los estadounidenses, y luego tuvo que convencer al Congreso de Estados Unidos para que cooperara con los británicos. Varias semanas antes de que Bowen y el resto de la delegación se pusieran en marcha, Tizard se dirigió a Washington para sentar las bases.

La misión resultó ser fácil de vender a los científicos estadounidenses, que quedaron asombrados por el magnetrón de cavidad. Hubo que negociar un poco más con los gobiernos de Estados Unidos y Canadá para establecer las condiciones de investigación, fabricación y entrega. El Comité de Investigación de la Defensa Nacional de Estados Unidos contrató a los Laboratorios Telefónicos Bell para replicar 30 copias del dispositivo.

El comité también financió la creación del Laboratorio de Radiación, o Rad Lab, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, para suministrar a las fuerzas aliadas radares de microondas. El laboratorio llegó a producir 150 sistemas de radar distintos, que iban desde unidades ligeras y compactas para aviones hasta el enorme sistema de alerta temprana por microondas transportado en cinco camiones.

Imagen: World History Archive/Alamy
Radar sobre ruedas: El SCR-584 montado en camión fue uno de los sistemas de radar que se basó en el magnetrón de cavidad británico y fue desarrollado por el Laboratorio de Radiación del MIT.

Los alemanes se enteraron de que los británicos estaban utilizando el magnetrón de cavidad para el radar en febrero de 1943, cuando examinaron un bombardero derribado cerca de Rotterdam. Una carga explosiva destinada a destruir el equipo de radar antes de que cayera en manos del enemigo no llegó a explotar.

Después de la guerra, se dejaron de lado todos los secretos y el magnetrón de cavidad encontró muchos usos comerciales pacíficos. No sólo se convirtió en un estándar para los radares de la aviación civil, sino que también se convirtió en el corazón de todos los hornos de microondas. Gracias a estos esfuerzos en tiempos de guerra, todos podemos disfrutar de las palomitas de microondas.

Uno de los retos de escribir sobre la historia de una tecnología desarrollada con fines militares es que la investigación inicial se realizó a menudo en secreto. Estos conocimientos circulan mal, especialmente en tiempos de guerra. Por lo tanto, es común que las personas involucradas en el proceso de descubrimiento crean que han inventado algo nuevo cuando en realidad lo mismo ya se había inventado en otro lugar. Este problema se agrava cuando los vencedores escriben el primer borrador de la historia, y el orgullo nacional marca el tono de su heroica historia de invención.

Mientras investigaba la historia del magnetrón de cavidad, me encontré con un pasaje muy citado sobre la importancia de la misión Tizard, escrito por James Phinney Baxter III, el historiador oficial de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico durante la Segunda Guerra Mundial. En su libro ganador del Premio Pulitzer, Scientists Against Time (1946), Baxter escribió que cuando la misión trajo el magnetrón de cavidad a Estados Unidos en 1940, «llevaban la carga más valiosa jamás traída a nuestras costas». Más tarde, Bowen reforzó la narrativa de la invención británica y el desarrollo estadounidense del magnetrón de cavidad en su libro de 1987, Radar Days.

No hay duda de que Randall y Boot inventaron el magnetrón de cavidad, pero también descubrí narrativas opuestas y reclamaciones de prioridad que hacen que la historia sea más compleja, matizada e interesante. Los artículos de Paul Redhead y de Yves Blanchard, Gaspare Galati y Piet van Genderen muestran que durante los años 20 y 30, muchas personas de todo el mundo estaban experimentando con diferentes diseños para el magnetrón, no sólo optimizando la versión de ánodo dividido de Hull. En 2010, hubo una conferencia entera dedicada al tema de los orígenes del magnetrón de cavidad, con ponencias sobre las contribuciones de ingenieros y científicos checos, holandeses, franceses, alemanes, rusos y ucranianos.

Y así, aunque Randall y Boot pensaron que su dispositivo fue el primero, varios otros inventaron independientemente el magnetrón de cavidad. Si hubo un primero, probablemente sea Arthur L. Samuel, de los Laboratorios Telefónicos Bell. Presentó una solicitud de patente en Estados Unidos para un magnetrón de cuatro cavidades en 1934. Desgraciadamente, su diseño no fue muy práctico.

N.F. Alekseev y D.D. Malairov desarrollaron con éxito un magnetrón multicavidades en 1937, pero este trabajo no se conoció fuera de la Unión Soviética hasta 1940 . En Japón, un programa de investigación conjunto de la Armada japonesa y la Japan Radio Company dio lugar a un magnetrón de ocho cavidades en 1939. Pero la falta de materiales dificultó su fabricación.

Cada uno de estos dispositivos es anterior a la invención de Boot y Randall, pero cada uno de ellos también vino acompañado de una advertencia que impidió su aceptación. Una de las lecciones fundamentales de la misión Tizard es que cuando se comparten los conocimientos científicos, el desarrollo puede avanzar rápidamente. Este vídeo de 2015 muestra el desembalaje de un magnetrón de cavidad fabricado por Sylvania, una de las varias empresas que fabricaron estos dispositivos durante la Segunda Guerra Mundial:

El magnetrón de cavidad que aparece en la imagen superior es el mismo que Bowen llevó a Washington. Cuando la delegación de Tizard regresó a Gran Bretaña, dejó el E1189 con funcionarios del Consejo Nacional de Investigación de Canadá para que sirviera de modelo para futuras investigaciones. Allí permaneció hasta 1969, cuando fue cedido al Museo de Ciencia y Tecnología de Canadá, en Ottawa.

Algunos visitantes del museo pueden ver el magnetrón como un ejemplo de cómo la tecnología puede verse envuelta en la diplomacia. Los interesados en la ciencia de los magnetrones pueden encontrar la simplicidad del dispositivo instructiva. Para mí, demuestra que un solo objeto no puede abarcar toda la compleja historia de su propia invención. La historia siempre es mucho más rica y tiene una textura más profunda de lo que parece a primera vista.

Una versión abreviada de este artículo aparece en la edición impresa de noviembre de 2018 con el título «The Mighty Magnetron».

Parte de una serie continua que examina fotografías de artefactos históricos que abarcan el potencial ilimitado de la tecnología.

Acerca del autor

Allison Marsh es profesora asociada de historia en la Universidad de Carolina del Sur y codirectora del Instituto Ann Johnson de Ciencia, Tecnología &Sociedad.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.