Джон Рэндолл (физик)

John Randall (physicist)
Last updated: 10 March 2025
John Randall (physicist)

\n Сэр Джон Туртон Рэндолл (23 марта 1905 – 16 июня 1984) был английским физиком и биофизиком, известен благодаря значительному улучшению магнетронной камеры — важного элемента радара сантиметрового диапазона. Это изобретение сыграло ключевую роль в победе союзников во Второй мировой войне и стало основным компонентом микроволновых печей.Рэндолл сотрудничал с Гарри Бутом, они создали устройство для генерации импульсов радиоизлучения на длину волны 10 см. Профессор Девид Зиммерманн из Университета Виктории в Канаде отмечает: «Магнетрон остаётся основным элементом коротковолновых передатчиков, и его влияние не только определило ход войны через развитие радиолокационных систем, но также лежит в основе работы современных микроволновых печей. Это изобретение кардинально преобразило мир».Рэндолл руководил командой Кингс-колледжа Лондона по исследованию структуры ДНК и был наставником таких известных учёных, как Мориц Вилькинс (получивший Нобелевскую премию в 1962 году вместе с Джеймсом Уотсоном и Фрэнком Криком), Розалинд Франклин, Рэймон Гослиг, Алекс Стоукс и Херберт Уилсон.

Образование и ранние годы

Джон Рэндолл родился 23 марта 1905 года в Ньютоне-ле-Вильоус (Ланкашир), был единственным сыном из трёх детей. Его отец, Сидни Рэндолл — садовод, мать Ханна Кавли была дочерью Джона Туртона, управляющего шахтой.Джон получил образование в грамматической школе и затем поступал на факультет физики Викторианского университета Манчестера. В 1925 году он окончил с отличием по курсу физике, а также был удостоен премии за научные достижения.В 1928 женился на Дорис Дакворт.

Карьера и исследования

С 1926 до 1937 года Рэндолл работал в исследовательском отделении General Electric Company. В этот период он активно занимался разработкой люминесцентных порошков для ламп, а также изучением механизмов свечения.В 1937 году его признали ведущим специалистом по физике и присудили стипендию Королевского общества в Университете Бирмингема. Там он продолжил исследования с Морицем Вилькинсом, занимающимся электронными ловушками.\n =

Магнетрон

Когда началась война в 1939 году, Олифант получил запрос от Адмиралтейства о создании радиоисточника на микроволновых частотах. Такой источник позволил бы радару видеть небольшие объекты — перископы подводных лодок. Исследователи из Министерства авиации в Бавдсей Мэнор также заинтересованы были в системе на 10 см, что значительно уменьшало размер передатчиков и облегчалось их размещение.Олифант начал исследования с использованием килстрона — устройства для генерации микроволн. К тому времени это был единственный известный эффективно работающий источник на таких частотах, но его мощность была крайне низкой.Рэндолл и Бут получили задание разработать радиоизлучатель с высокой выходной мощностью. Они начали изучение миниатюрных трубок Баркауза-Курца для этой цели (уже использовались на УВЧ), но эти устройства не показывали улучшений в микроволновом диапазоне.Килстрон достигал максимум 400 Вт, что было недостаточно. Рэндолл и Бут начали искать другие решения: единственным известным устройством оставался магнетрон — менее эффективный по сравнению с килстроном, но имевший потенциально более высокую мощность благодаря использованию обычных катодов.Проблема существующих моделей заключалась в низкой КПД. В отличие от килстрона, магнетрон не ограничивался электростатическим резонатором и потенциально мог быть более мощным при правильной конструкции.\n Механическая конструкция медного резонатора влияла на электроны, ускоряя и замедляя их движение. Это приводило к выделению микроволн с приемлемой эффективностью; мощность ограничивалась работоспособностью генераторов (пушек). В случае магнетронов резонатор был заменен на две металлические пластины, заряженные противоположно. Электроны ускорялись и замедлялись между этими пластинами под действием магнитного поля.Вопрос о том, что произойдет при использовании вместо этих пластин резонаторов (сочетание идей килстрона с уже существующим магнетроном), был рассмотрен. Электроны вращались по кругу под действием магнита и проходили мимо каждого из резонаторов, что значительно повышало эффективность генерации микроволн.Вспоминали работу Генриха Герца с витыми проводами как резонансными элементами. Это позволяло разместить множество таких устройств вокруг центра магнетрона и улучшать мощностные показатели системы, увеличивая длину трубок-резонаторов.Эффективность можно было повысить за счет увеличения числа резонансов на орбите электронов. Практические ограничители были связаны с необходимой частотной характеристикой и размерами устройства.Первый магнетрон был создан из медного блока, в котором просверлили шесть отверстий для резонаторных петель; он находился под вакуумом внутри стеклянного сосуда. В феврале 1940 года была достигнута мощность около 400 Вт и через неделю — уже более 1000 Вт.Эта конструкция стала основой для дальнейших разработок, которые привели к созданию промышленных версий с улучшенными методами герметизации. Добавление оксидированного катода позволило увеличить токи и мощность до 10 КВт — уровня существующих радарных систем.Успех магнетрона изменил развитие радиолокационной техники, а с начала 1942 года почти все новые системы использовали его. Впоследствии Рэндолл перешел в лабораторию Кавендиша и затем стал профессором физики Университета Сент-Эндрюс.\n =

Королевский колледж, Лондон

В 1946 году Рэндалла назначили главой физического отделения в Колледже короля в Лондоне. Затем он перешел на кафедру Витстона по физики в том же учебном заведении; там Медицинский исследовательский совет создал Биофизический научный центр с Рэндаллом во главе (ныне известен как Центр клеточной и молекулярной биофизики) при Королевском колледже. Во время его руководства в этом центре экспериментальные работы, приведшие к открытию структуры ДНК, проводились там Роузинд Франклин, Рэймонд Госслингом и другими учеными.Рэндалл поручил Госслингу работать над структурой ДНК под руководством Франклин. По словам самого Госслина, роль Джона Рэндолла в поисках двуспиральной структуры была огромной и неоценимой; он даже написал об этом статью для The Times в 2013 году.Рэндалл был уверен, что ДНК содержит генетический код. Он собрал междисциплинарную команду учёных, чтобы доказать это и направил Госслинга на работу по замене всех газов вокруг камеры с образцами для исследования хроматина водородом.Морис Уилкинс получал Нобелевскую премию в 1962 году вместе с Джеймсом Ватсонном и Фрэнком Криком, а Роузинд Франклин умерла от рака еще до этого момента (в 1958).Помимо исследований структуры ДНК группой проводились широкие исследования в области биохимии. Были предложены важные идеи по механизму мышечного сокращения, а также интегрирована учебная программа для изучения наук о жизни.В 1951 году Рэндалл организовал большую междисциплинарную группу для исследования структуры и роста белка коллагена. Их работа помогла понять трехцепочечное строение молекулы коллагенов, а сам он занимался изучением их электронной микроскопией.В 1958 году Рэндалл опубликовал исследование структуры простейших организмов. Впоследствии была создана новая группа для исследования цилий протозоев как модели в анализе морфогенезиса, сравнивая структурные и биохимические различия между мутантами.=

Личная жизнь и поздние годы

Рэндалл женился на Дорис — дочери Джозии Джона Дакворта, коллиерского геодезиста. В 1928 году они поженились и в следующем году у них родился сын Кристофер.В 1970 он перешел работать в Университет Эдинбурга, где создал группу для применения новых био-физических методов — таких как когерентные исследования нейтронной дифракции белковых кристаллов. Эти работы касались изучения различных проблем молекулярных структур с помощью неионного рассеяния и обмена протонов в воде.---### Почести и наградыВ 1938 году Рэндалл получил степень доктора наук от Виктория-Университета Манчестера.1943 год принес ему (совместно с Гарри Бутом) премию Томаса Грея Королевского общества искусств за изобретение магнетрона.В 1945 году он был удостоен медали Дадделла и приза от Лондонской физической ассоциации, а также получил часть выплаты по гранту Роял Комиссии на награды для инноваторов за работу над магнетроном.В 1946 году он стал членом Королевского общества (FRS) и в том же году был удостоен их медали Гьюз. В дальнейшем, совместно с Бутом, получил награды: Медаль Джона Прайса Уэтерила от Института Франклина штата Пенсильвания в 1958-м; и премию Джон Скотт города Филадельфии — в 1959 году.В 1962 Рэндалл был посвящен в рыцари, а в 1972 стал членом Королевского общества Эдинбурга (FRSE).---