De la radarul din Al Doilea Război Mondial la popcornul cu microunde, magnetronul cu cavitate a existat

De Allison Marsh

Publicat în 2018-10-31 20:00 GMT

Acest magnetron cu cavitate compact a oferit Aliaților o modalitate de a produce microunde de mare putere pentru radar

Foto: Ingenium
Foto: Ingenium

Până în vara anului 1940, cel de-al Doilea Război Mondial făcea ravagii în Europa de Vest de aproape un an. În timpul bătăliei din Marea Britanie, avioanele germane au bombardat Londra și centrele industriale și au blocat porturile maritime. Între timp, Statele Unite încă încercau în mod activ să rămână în afara războiului.

În acest context, fizicianul Edward „Taffy” Bowen a călătorit împreună cu un grup de alți oameni de știință și ofițeri militari britanici la Washington, D.C. Lui Bowen îi fusese încredințată o cutie neagră de metal care conținea secrete tehnice legate de R&D-ul englezesc din timpul războiului. Scopul călătoriei, numită oficial Misiunea Tehnică și Științifică Britanică, era de a împărtăși aceste secrete cu Statele Unite și Canada, în speranța că acestea vor produce arme funcționale și alte echipamente pentru război.

Printre conținutul cutiei se afla un dispozitiv cu aspect curios: un disc cu caneluri în jurul marginii sale și țevi și fire subțiri care se extind de la capetele sale . Acest gadget de mărimea unei palme, numit magnetron de cavitate, producea microunde de mare putere și avea să se dovedească a fi de departe cel mai important obiect din cutie.

Acesta fiind spus, cutia a avut un start nefericit în călătoria sa. În drum spre gara din Londra, a fost legată de acoperișul unui taxi londonez. În stația Euston, un portar a luat-o pe furiș înainte ca Bowen să poată obiecta. La îmbarcarea pe un vapor în Liverpool, Bowen a fost însoțit peste tot de un domn tăcut cu o ținută militară. Între timp, cutia a fost securizată astfel încât secretele sale să se scufunde odată cu nava dacă vasul ar fi fost atacat.

Cum a ajuns magnetronul de cavitate să se afle în cutie este o poveste care a început mult mai devreme. Cuvântul „magnetron” – de la „magnetic” și „electron” – a intrat în limba engleză în 1921, când Albert W. Hull a publicat cercetarea sa despre „Efectul unui câmp magnetic uniform asupra mișcării electronilor între cilindri coaxiali”. Hull, fizician și inginer electrician la Laboratorul de Cercetare General Electric din Schenectady, N.Y., încerca să ocolească un brevet pentru triode deținut de Lee de Forest. Magnetronul cu anod divizat al lui Hull a fost utilizat în cele din urmă ca amplificator în receptoarele radio și în oscilatoare. Numeroși cercetători au început să investigheze și să experimenteze cu acest dispozitiv.

Potrivit lucrării lui John H. Bryant, History of microwave technology , înainte de 1940 au fost publicate în întreaga lume peste 200 de lucrări despre magnetronii cu anod divizat. Unele descriau modul de utilizare a invenției lui Hull; altele sugerau modalități de optimizare a ceea ce era, în esență, un proiect inferior.

În septembrie 1939, John Randall și Henry Boot, fizicieni la Universitatea din Birmingham, în Anglia, au început să exploreze o nouă direcție în proiectarea magnetronilor, sub îndrumarea lui Mark Oliphant. Ei s-au bazat pe lucrările inginerului olandez Klaas Posthumus, care clarificase funcționarea teoretică a magnetronului. Și au avut de rezolvat o problemă foarte specifică: Cu avioanele germane terorizând Anglia, orice îmbunătățire a capacităților radar ale țării putea fi de ajutor.

În afară de a fi profesor de fizică la Birmingham, Oliphant a fost membru al programului radar britanic clasificat. La începutul războiului, țara dispunea de un lanț de stații radar care funcționau pe o lungime de undă de 10-13 metri și testa un radar aerian cu o lungime de undă de 1,5 metri. Oliphant a pledat pentru un radar care să funcționeze în gama de microunde, cu o lungime de undă de 10 cm sau mai puțin și cu o putere de vârf de 1 kilowatt. Un astfel de sistem ar îmbunătăți rezoluția imaginilor radar, ar permite un echipament mai mic și mai ușor care ar putea fi instalat în aeronave și ar fi mai puțin susceptibil la interferențele cauzate de ecourile de la sol. Un magnetron mai bun era cheia.

În două luni, Randall și Boot aveau un proiect de bază pentru magnetronul lor cu cavitate. Acesta era format dintr-o bucată cilindrică de metal care avea un catod care trecea printr-o gaură centrală. Anodul din jur avea o serie de găuri simetrice, sau cavități, dispuse în cerc în jurul găurii centrale. Secțiunea transversală semăna cu camera unui revolver Colt, care se întâmplă să fi servit drept șablon pentru unele dintre primele prototipuri ale lui Randall și Boot.

Când catodul era alimentat cu energie și un câmp magnetic înconjura dispozitivul, oscilația sarcinii electrice în jurul cavităților ducea la radiația undelor electromagnetice. Fiecare cavitate și-a creat propria frecvență de rezonanță.

Până în februarie 1940, au avut un prototip care prezenta o lungime de undă de 9,8 cm la 400 wați. În aprilie, au încheiat un contract cu General Electric Co. din Wembley, lângă Londra, pentru a produce specimene mai rezistente care să poată suporta teste mai amănunțite. Cele mai multe dintre prototipuri aveau 6 cavități, dar cel de-al 12-lea prototip avea 8. Acesta din urmă, E1189, nr. de serie 12, creat de E.C.S. Megaw de la General Electric, a fost cel pe care Bowen l-a luat cu el în America de Nord.

Misiunea tehnico-științifică britanică a fost condusă de Sir Henry Tizard, care era președintele Comitetului de Cercetare Aeronautică al Marii Britanii și care a văzut avantajele evidente pe care le-ar aduce un sistem radar superior. El știa că cercetătorii de la Birmingham făcuseră progrese semnificative, dar a înțeles, de asemenea, că Marea Britanie va avea provocări în ceea ce privește producția industrială în timp ce lupta în război.

Foto: Hulton Archive/Central Press/Getty Images
Diplomația științifică: Sir Henry Tizard a condus Misiunea Tehnică și Științifică Britanică, care a căutat ajutorul Statelor Unite și al Canadei în producția industrială de R&D a Angliei din timpul războiului.

Guvernul de la Londra, între timp, se îndoia că Statele Unite își pot păstra secretele. Tizard a trebuit mai întâi să-l convingă pe Winston Churchill să le dezvăluie tehnologia americanilor, iar apoi a trebuit să convingă Congresul american să coopereze cu britanicii. Cu câteva săptămâni înainte ca Bowen și restul delegației să pornească la drum, Tizard s-a îndreptat spre Washington pentru a pregăti terenul.

Misiunea s-a dovedit a fi ușor de vândut oamenilor de știință americani, care au fost uimiți de magnetronul cu cavitate. A fost nevoie de ceva mai multă negociere cu guvernele american și canadian pentru a stabili termenii pentru cercetare, producție și livrare. Comitetul de Cercetare pentru Apărare Națională al SUA a încheiat un contract cu Bell Telephone Laboratories pentru a reproduce 30 de exemplare ale dispozitivului.

Comitetul a finanțat, de asemenea, crearea Laboratorului de Radiații, sau Rad Lab, la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, pentru a furniza radare cu microunde forțelor aliate. Laboratorul a produs în cele din urmă 150 de sisteme radar distincte, care variau de la unități ușoare și compacte pentru avioane până la uriașul sistem de avertizare timpurie cu microunde transportat în cinci camioane.

Imagine: World History Archive/Alamy
Radar pe roți: SCR-584, montat pe camioane, a fost unul dintre sistemele radar care s-a bazat pe magnetronul britanic cu cavitate și a fost dezvoltat de Laboratorul de Radiații al MIT.

Germanii au aflat că britanicii foloseau magnetronul cu cavitate pentru radar în februarie 1943, când au examinat un bombardier doborât lângă Rotterdam. O încărcătură explozivă menită să distrugă setul radar înainte ca acesta să cadă în mâinile inamicului nu a reușit să explodeze.

După război, toate secretele au fost puse deoparte, iar magnetronul cu cavitate a găsit multe utilizări comerciale pașnice. Nu numai că a devenit un standard pentru radarele din aviația civilă, dar a devenit și inima fiecărui cuptor cu microunde. Mulțumită acestor eforturi din timpul războiului, ne putem bucura cu toții de floricele de porumb cu microunde.

Una dintre provocările de a scrie despre istoria unei tehnologii dezvoltate în scopuri militare este faptul că cercetările inițiale au fost adesea făcute în secret. Astfel de cunoștințe circulă slab, mai ales în timp de război. Prin urmare, este frecvent ca persoanele implicate în procesul de descoperire să creadă că au inventat ceva nou când, de fapt, același lucru fusese deja inventat în altă parte. Această problemă este agravată atunci când învingătorii scriu prima schiță a poveștii, iar mândria națională dă tonul poveștii lor eroice de invenție.

În timp ce cercetam istoria magnetronului cu cavitate, am dat peste un pasaj des citat despre importanța misiunii Tizard, scris de James Phinney Baxter III, istoricul oficial al Biroului de Cercetare și Dezvoltare Științifică în timpul celui de-al Doilea Război Mondial. În cartea sa, câștigătoare a premiului Pulitzer, Scientists Against Time (1946), Baxter a scris că, atunci când misiunea a adus magnetronul de cavitate în America în 1940, „au transportat cea mai valoroasă încărcătură adusă vreodată pe țărmurile noastre”. Mai târziu, Bowen a întărit narațiunea invenției britanice și a dezvoltării magnetronului cu cavitate în SUA în cartea sa din 1987, Radar Days.

Nu există nicio îndoială că Randall și Boot au inventat magnetronul cu cavitate, dar am descoperit, de asemenea, narațiuni concurente și revendicări de prioritate care fac ca istoria să fie mai complexă, nuanțată și interesantă. Articolele lui Paul Redhead și ale lui Yves Blanchard, Gaspare Galati și Piet van Genderen arată că, în anii ’20 și ’30, mulți oameni din întreaga lume experimentau diferite modele pentru magnetron, nu doar optimizau versiunea cu anod divizat a lui Hull. În 2010, a avut loc o întreagă conferință dedicată subiectului originilor magnetronului cu cavitate, cu lucrări despre contribuțiile inginerilor și oamenilor de știință cehi, olandezi, francezi, germani, ruși și ucraineni.

Și astfel, deși Randall și Boot au crezut că dispozitivul lor a fost primul, mai mulți alții au inventat independent magnetronul cu cavitate. Dacă a existat un prim, acesta este probabil Arthur L. Samuel de la Bell Telephone Laboratories. El a depus o cerere de brevet american pentru un magnetron cu patru cavități în 1934. Din păcate, proiectul său nu a fost foarte practic.

N.F. Alekseev și D.D. Malairov au dezvoltat un magnetron cu mai multe cavități de succes în 1937, dar această lucrare nu a fost cunoscută în afara Uniunii Sovietice până în 1940 . În Japonia, un program de cercetare comun al Marinei japoneze și al Japan Radio Company a condus la un magnetron cu opt cavități până în 1939. Dar lipsa de materiale a împiedicat fabricarea sa.

Care dintre aceste dispozitive este anterioară invenției lui Boot și Randall, dar fiecare dintre ele a venit, de asemenea, cu un avertisment care l-a împiedicat să fie acceptat. Una dintre lecțiile fundamentale ale misiunii Tizard este că, atunci când cunoștințele științifice sunt împărtășite, dezvoltarea poate avansa rapid. Această înregistrare video din 2015 prezintă desfacerea unui magnetron cu cavitate realizat de Sylvania, una dintre cele câteva companii care au fabricat aceste dispozitive în timpul celei de-a doua conflagrații mondiale:

Magnetofonul cu cavitate ilustrat în partea de sus este chiar cel pe care Bowen l-a adus la Washington. Când delegația Tizard s-a întors în Marea Britanie, a lăsat E1189 cu oficialii Consiliului Național de Cercetare din Canada pentru a servi drept model pentru cercetări viitoare. Acesta a rămas acolo până în 1969, când a fost donat Muzeului de Știință și Tehnologie al Canadei, din Ottawa.

Câțiva vizitatori ai muzeului pot vedea magnetronul ca pe un exemplu al modului în care tehnologia poate fi învăluită în diplomație. Cei interesați de știința magnetronilor pot găsi instructivă simplitatea dispozitivului. Pentru mine, acesta demonstrează cum un singur obiect nu poate cuprinde cu adevărat întreaga istorie complexă chiar și a propriei sale invenții. Istoria este întotdeauna mult mai bogată și mai profund texturată decât pare la prima vedere.

O versiune prescurtată a acestui articol apare în ediția tipărită din noiembrie 2018 sub titlul „The Mighty Magnetron.”

Partea unei serii continue care analizează fotografii ale unor artefacte istorice care îmbrățișează potențialul nemărginit al tehnologiei.

Despre autor

Allison Marsh este profesor asociat de istorie la Universitatea din Carolina de Sud și codirector al Institutului Ann Johnson pentru Știință, Tehnologie & Societate al universității.

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.