A második világháborús radartól a mikrohullámú popcornig, az üregmágnesron ott volt

By Allison Marsh

Posted 2018-10-31 20:00 GMT

Ez a kompakt üregmágnesron adta a szövetségeseknek a radarhoz szükséges nagy teljesítményű mikrohullámok előállításának lehetőségét

Fotó: Ingenium
Fotó: Ingenium

1940 nyarára a második világháború már közel egy éve dúlt Nyugat-Európában. Az angliai csata során német repülőgépek bombázták Londont és ipari központokat, és blokád alá vették a tengeri kikötőket. Az Egyesült Államok eközben még mindig aktívan próbált kimaradni a háborúból.

Ezzel a háttérrel szemben Edward “Taffy” Bowen fizikus más brit tudósok és katonatisztek egy csoportjával Washingtonba utazott. Bowenre egy fekete fémdobozt bíztak, amely az angol háborús R&D-vel kapcsolatos technikai titkokat tartalmazott. A hivatalosan Brit Műszaki és Tudományos Missziónak nevezett utazás célja az volt, hogy ezeket a titkokat megosszák az Egyesült Államokkal és Kanadával, abban a reményben, hogy azok működőképes fegyvereket és egyéb felszereléseket állítanak elő a háború számára.

A doboz tartalma között volt egy furcsa kinézetű eszköz: egy korong, amelynek pereme körül barázdák voltak, és a végéből vékony csövek és drótok nyúltak ki. Ez a tenyérnyi méretű szerkentyű, az úgynevezett üregmágnesron, nagy teljesítményű mikrohullámokat termelt, és messze ez bizonyult a doboz legfontosabb tárgyának.

Ezzel együtt a doboz szerencsétlenül indult útnak. Útban a londoni vasútállomásra egy londoni taxi tetejére szíjazták. Az Euston pályaudvaron egy hordár elszállította, mielőtt Bowen tiltakozhatott volna. Amikor Liverpoolban hajóra szállt, Bowent mindenhová egy csendes, katonai tartású úriember kísérte. A dobozt eközben úgy rögzítették, hogy titkai a hajóval együtt elsüllyedjenek, ha a hajót támadás éri.

Az, hogy az üregmágnesron egyáltalán hogyan került a dobozba, egy sokkal korábban kezdődött történet. A “magnetron” szó – a “mágneses” és az “elektron” szavakból – 1921-ben került be az angol nyelvbe, amikor Albert W. Hull közzétette “Az egyenletes mágneses tér hatása az elektronok mozgására a koaxiális hengerek között” című kutatását. Hull, aki fizikus és villamosmérnök volt a General Electric Research Laboratory-ban (Schenectady, N.Y.), megpróbálta megkerülni Lee de Forest triódára vonatkozó szabadalmát. Hull osztott anódú magnetronját végül rádióvevőkészülékekben és oszcillátorokban használták erősítőként. Számos kutató kezdett vizsgálódni és kísérletezni az eszközzel.

A John H. Bryant mikrohullámú technológia története szerint 1940 előtt világszerte több mint 200 cikk jelent meg az osztott anódú magnetronokról. Egyesek azt írták le, hogyan lehet használni Hull találmányát; mások azt javasolták, hogyan lehet optimalizálni az alapvetően gyengébb konstrukciót.

1939 szeptemberében John Randall és Henry Boot, az angliai Birminghami Egyetem fizikusai Mark Oliphant vezetésével új irányt kezdtek felfedezni a magnetronok tervezésében. Klaas Posthumus holland mérnök munkájára támaszkodtak, aki tisztázta a magnetron elméleti működését. És egy nagyon konkrét problémát kellett megoldaniuk: Mivel a német repülőgépek rettegésben tartották Angliát, az ország radarképességének bármilyen fejlesztése segíthetett volna.

Amellett, hogy fizikaprofesszor volt Birminghamben, Oliphant tagja volt a titkos brit radarprogramnak. A háború kezdetén az országnak volt egy olyan radarállomás-láncolata, amely 10-13 méteres hullámhosszon működött, és 1,5 méteres hullámhosszúságú légi radart tesztelt. Oliphant a mikrohullámú tartományban működő, legfeljebb 10 cm-es hullámhosszú és 1 kilowatt csúcsteljesítményű radarok mellett érvelt. Egy ilyen rendszer javítaná a radarképek felbontását, kisebb és könnyebb berendezéseket tenne lehetővé, amelyeket be lehetne építeni a repülőgépekbe, és kevésbé lenne érzékeny a földi visszhangok okozta interferenciára. Egy jobb magnetron volt a kulcs.

Két hónapon belül Randall és Boot elkészítette az üregmágnesronjuk alapkonstrukcióját. Ez egy hengeres fémdarabból állt, amelynek katódja egy központi lyukon keresztül futott. A környező anódon egy sor szimmetrikus lyuk vagy üreg volt, amelyek a központi lyuk körül körben helyezkedtek el. A keresztmetszet úgy nézett ki, mint egy Colt revolver kamrája, ami történetesen Randall és Boot néhány korai prototípusának mintájául szolgált.

Amikor a katódra áramot vezettek, és mágneses tér vette körül a készüléket, az elektromos töltés rezgése az üregek körül elektromágneses hullámok kisugárzásához vezetett. Minden üreg saját rezonanciafrekvenciát hozott létre.

1940 februárjára már rendelkeztek egy prototípussal, amely 400 wattos teljesítmény mellett 9,8 cm-es hullámhosszt mutatott. Áprilisban szerződést kötöttek a London melletti Wembleyben működő General Electric Co.-val, hogy keményebb példányokat állítsanak elő, amelyek kiállják az alaposabb vizsgálatokat. A legtöbb prototípus 6 üreggel rendelkezett, de a 12. prototípus 8 üreggel. Ez utóbbi volt az E1189, a 12. sorozatszámú, a General Electricnél E.C.S. Megaw által készített E1189, amelyet Bowen magával vitt Észak-Amerikába.

A brit műszaki és tudományos missziót Sir Henry Tizard vezette, aki a brit repüléskutatási bizottság elnöke volt, és látta a nyilvánvaló előnyöket, amelyek egy kiváló radarrendszerből származnának. Tudta, hogy a birminghami kutatók jelentős előrelépéseket tettek, de azt is megértette, hogy Nagy-Britanniának kihívásokkal kell szembenéznie az ipari termeléssel, miközben a háborút vívja.

Fotó: Hulton Archive/Central Press/Getty Images
Tudományos diplomácia: Sir Henry Tizard vezette a brit műszaki és tudományos missziót, amely az Egyesült Államok és Kanada segítségét kérte Anglia háborús R&D ipari termeléséhez.

A londoni kormány eközben kételkedett abban, hogy az Egyesült Államok meg tudja tartani a titkait. Tizardnak először meg kellett győznie Winston Churchillt, hogy fedje fel a technológiát az amerikaiak előtt, majd meg kellett győznie az amerikai kongresszust, hogy működjön együtt a britekkel. Néhány héttel azelőtt, hogy Bowen és a küldöttség többi tagja elindult, Tizard Washingtonba utazott, hogy lerakja az alapokat.

A küldetés könnyen eladhatónak bizonyult az amerikai tudósoknak, akiket meghökkentett az üreges magnetron. Kicsit több tárgyalásra volt szükség az amerikai és a kanadai kormánnyal, hogy a kutatás, a gyártás és a szállítás feltételeit rögzítsék. Az amerikai Nemzeti Védelmi Kutatási Bizottság szerződést kötött a Bell Telephone Laboratories-szal a készülék 30 példányának lemásolására.

A bizottság finanszírozta a Massachusetts Institute of Technology Sugárzási Laboratórium vagy Rad Lab létrehozását is, hogy a szövetséges erőket mikrohullámú radarral lássa el. A laboratórium végül 150 különböző radarrendszert gyártott, amelyek a repülőgépek számára készült könnyű, kompakt egységektől az öt teherautón szállított hatalmas mikrohullámú korai előrejelző rendszerig terjedtek.

Kép: World History Archive/Alamy
Radar on Wheels: A teherautóra szerelt SCR-584 volt az egyik olyan radarrendszer, amely a brit üregmágnesronon alapult, és amelyet az MIT Sugárzási Laboratórium fejlesztett ki.

A németek 1943 februárjában tudták meg, hogy a britek az üreges magnetront használják a radarhoz, amikor Rotterdam közelében megvizsgáltak egy lezuhant bombázót. A radarkészülék megsemmisítésére szánt robbanótöltet, mielőtt az ellenség kezébe kerülne, nem robbant fel.

A háború után minden titkot félretettek, és az üregmágnesron számos békés kereskedelmi felhasználásra talált. Nemcsak a polgári repülésben vált a radar szabványává, hanem minden mikrohullámú sütő szívévé is. Ezeknek a háborús erőfeszítéseknek köszönhetően mindannyian élvezhetjük a mikrohullámú popcornt.

A katonai célokra kifejlesztett technológia történetének megírása során az egyik kihívás az, hogy a kezdeti kutatások gyakran titokban zajlottak. Az ilyen tudás rosszul terjed, különösen háborús időkben. Ezért gyakori, hogy a felfedezésben részt vevő emberek azt hiszik, hogy valami újat találtak fel, holott valójában ugyanazt a dolgot már máshol feltalálták. Ez a probléma csak fokozódik, amikor a győztesek írják a történet első vázlatát, és a nemzeti büszkeség adja meg a hangot a találmányukról szóló hősies történetüknek.”

Az üregmágnesron történetét kutatva egy gyakran idézett szakaszra bukkantam a Tizard-misszió jelentőségéről, amelyet James Phinney Baxter III, a második világháború alatti Tudományos Kutatási és Fejlesztési Hivatal hivatalos történésze írt. A Tudósok az idő ellen (1946) című, Pulitzer-díjas könyvében Baxter azt írta, hogy amikor a misszió 1940-ben Amerikába hozta az üregmágnesront, “a legértékesebb rakományt szállították, amelyet valaha partjainkra hoztak”. Bowen később a Radar Days című 1987-es könyvében megerősítette az üregmágnesron brit feltalálásának és amerikai fejlesztésének narratíváját.

Kétségtelen, hogy Randall és Boot találta fel az üregmágnesront, de olyan versengő narratívákat és elsőbbségi igényeket is felfedeztem, amelyek összetettebbé, árnyaltabbá és érdekesebbé teszik a történetet. Paul Redhead, valamint Yves Blanchard, Gaspare Galati és Piet van Genderen cikkei azt mutatják, hogy az 1920-as és 30-as években világszerte sokan kísérleteztek a magnetron különböző konstrukcióival, nem csupán Hull osztott anódú változatát optimalizálták. 2010-ben egy egész konferenciát szenteltek az üregmágnesron eredetének, cseh, holland, francia, francia, német, orosz és ukrán mérnökök és tudósok hozzájárulásáról szóló előadásokkal.

És bár Randall és Boot úgy gondolták, hogy az ő készülékük volt az első, az üregmágnesron feltalálói egymástól függetlenül többen is feltalálták. Ha volt első, akkor valószínűleg Arthur L. Samuel a Bell Telephone Laboratoriesból. Ő 1934-ben nyújtott be amerikai szabadalmi bejelentést egy négy üregű magnetronra. Sajnos a tervezete nem volt túl gyakorlatias.

N.F. Alekszejev és D.D. Malairov 1937-ben kifejlesztett egy sikeres többüregű magnetront, de ez a munka 1940-ig nem volt ismert a Szovjetunió területén kívül. Japánban a japán haditengerészet és a Japán Rádiótársaság közös kutatási programja 1939-re egy nyolccsatornás magnetront eredményezett. De az anyaghiány akadályozta a gyártását.

Ezek az eszközök mindegyike megelőzte Boot és Randall találmányát, de mindegyikhez társult egy-egy figyelmeztetés is, amely megakadályozta az elfogadottságot. A Tizard-misszió egyik alapvető tanulsága, hogy ha a tudományos ismereteket megosztják, a fejlesztés gyorsan haladhat előre. Ez a 2015-ös videó egy olyan üregmágnesron kicsomagolását mutatja be, amelyet a Sylvania gyártott, egyike annak a több vállalatnak, amely a II. világháború alatt gyártotta ezeket az eszközöket:

A fent látható üregmágnesron az, amelyet Bowen Washingtonba hozott. Amikor a Tizard küldöttség visszatért Nagy-Britanniába, az E1189-et a kanadai Nemzeti Kutatási Tanács tisztviselőinél hagyták, hogy mintául szolgáljon a jövőbeli kutatásokhoz. Ott maradt 1969-ig, amikor is az ottawai Kanadai Tudományos és Technológiai Múzeumnak adták át.

A múzeumlátogatók egy része a magnetront annak példájaként tekintheti, hogyan keveredhet a technológia a diplomáciába. A magnetronok tudománya iránt érdeklődők tanulságosnak találhatják a készülék egyszerűségét. Számomra azt mutatja, hogy egyetlen tárgy nem igazán képes átfogni még a saját találmányának teljes komplex történetét sem. A történelem mindig sokkal gazdagabb és mélyebb szövésű, mint amilyennek első pillantásra tűnik.”

A cikk rövidített változata “A hatalmas magnetron” címmel jelenik meg a 2018. novemberi nyomtatott számban.”

A sorozat folytatásának része, amely olyan történelmi műtárgyakról készült fényképeket vizsgál, amelyek a technológiában rejlő határtalan lehetőségeket ölelik fel.

A szerzőről

Allison Marsh a Dél-Karolinai Egyetem történészprofesszora és az egyetem Ann Johnson Institute for Science, Technology & Society társigazgatója

.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.