Войти
| Сэр. Джон Рэндалл. FRS FRSE | |
|---|---|
| Родился | Джон Тёртон Рэндалл. 23 марта 1905 года. Ньютон-ле-Уиллоуз, Ланкашир, Англия |
| Умер | 16 июня 1984 (1984-06- 16) (79 лет) |
| Alma mater | Манчестерский университет (бакалавр, магистр) |
| Известен по | полостному магнетрону. ДНК определение структуры. нейтронная дифракция исследования меченых белков |
| Награды |
|
| Научная карьера | |
| Филдс | Физика. Биофизика |
| Учреждения | General Electric Company plc. Кембриджский университет. Королевский колледж, Лондон. Университет Сент-Эндрюс. Университет Бирмингема. Университет Эдинбурга |
| Докторанты | |
Сэр Джон Тертон Рэндалл, FRS FRSE (23 марта 1905 - 16 июня 1984) был англичанином физик и биофизик, которым приписывают радикальное улучшение резонаторного магнетрона, важного компонента сантиметрового диапазона длин волн радара, который был одним из ключевых к победе союзников в Второй мировой войне. Это также ключевой компонент микроволновых печей..
Рэндалл сотрудничал с Гарри Бутом, и они создали клапан, который мог выплевывать импульсы микроволновой энергии на длине волны 10 см. О значении их изобретения профессор военной истории Университета Виктории в Британской Колумбии Дэвид Циммерман заявляет: «Магнетрон остается важнейшей радиолампой для коротковолновых радиосигналов всех типов. Он не только изменил ход войны, позволив нам разрабатывать бортовые радиолокационные системы, она остается ключевой технологией, лежащей в основе вашей микроволновой печи сегодня. Изобретение резонаторного магнетрона изменило мир ».
Рэндалл также возглавлял команду Королевского колледжа в Лондоне, которая работала над структурой ДНК. Заместитель Рэндалла, профессор Морис Уилкинс, разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 года с Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком из Лаборатория Кавендиша в Кембриджском университете для определения структуры ДНК. В другие его сотрудники входили Розалинда Франклин, Раймонд Гослинг, Алекс Стоукс и Герберт Уилсон, все они занимались исследованиями ДНК.
Джон Рэндалл родился 23 марта 1905 года в Ньютон-ле-Уиллоус, Ланкашир, единственный сын и первый из трех детей Сидни Рэндалла, питомника и специалиста по семеноводству, и его жены Ханной Коули, дочери Джона Тертона, управляющего шахтой в этом районе. Он получил образование в гимназии в Эштон-ин-Макерфилд и в Манчестерском университете, где в 1925 году получил диплом с отличием по физике и премию за высшее образование. и степень магистра наук в 1926 году.
В 1928 году он женился на Дорис Дакворт.
С 1926 по 1937 год Рэндалл работал в General Electric Company в ее лабораториях Уэмбли, где он изучал ведущая роль в разработке люминесцентных порошков для газоразрядных ламп. Он также проявлял активный интерес к механизмам такой люминесценции.
К 1937 году он был признан ведущим британским исследователем в своей области и получил стипендию Королевского общества в Бирмингемский университет, где он работал над теорией захвата электронов фосфоресценции на физическом факультете Марка Олифанта с Морисом Уилкинсом.
Здание физики Пойнтинга, Бирмингемский университет 
Оригинальный магнетрон с шестью резонаторами. Когда война началась в 1939 году, Адмиралтейство обратилось к Олифанту с предложением создания радиоисточника, работающего на микроволновых частотах. Такая система позволила бы радару , используя его, видеть небольшие объекты, такие как перископы затопленных подводных лодок. Исследователи радара Министерства авиации из Bawdsey Manor также проявили интерес к 10-сантиметровой системе, так как это значительно уменьшит размер передающих антенн, что значительно упростит их установку. нос самолета, в отличие от его установки на крыльях и фюзеляже, как в их нынешних системах.
Олифант начал исследования, используя клистрон, устройство, представленное Расселом и Сигурдом Varian между 1937 и 1939 годами и единственная известная система для эффективного генерирования микроволн. Клистроны той эпохи были устройствами с очень низким энергопотреблением, и усилия Олифанта в первую очередь были направлены на значительное увеличение их мощности. Если это было успешно, это создавало вторичную проблему; клистрон был только усилителем, поэтому для его усиления требовался маломощный источник сигнала. Олифант поручил Рэндаллу и Гарри Буту проблему создания микроволнового генератора, попросив их изучить миниатюрные лампы Баркгаузена-Курца для этой роли, конструкция, уже использовавшаяся для УВЧ системы. Их работа быстро продемонстрировала, что они не дают никаких улучшений в микроволновом диапазоне. Вскоре работа с клистроном прекратилась с появлением устройства, которое могло генерировать около 400 Вт микроволновой мощности, что достаточно для целей тестирования, но намного меньше, чем мультиваттные системы, которые потребовались бы для практической радиолокационной системы.
Рэндалл и Бут, не имея других проектов для работы, начали рассматривать решения этой проблемы в ноябре 1939 года. Единственным другим микроволновым устройством, известным в то время, был магнетрон с расщепленным анодом, устройство, способное генерировать небольшие количество энергии, но с низким КПД и, как правило, с меньшей мощностью, чем у клистрона. Однако они отметили, что у него было одно огромное преимущество перед клистроном; сигнал клистрона закодирован в потоке электронов, обеспечиваемом электронной пушкой, и именно текущая мощность пушки определяла, с какой мощностью устройство может в конечном итоге справиться. Напротив, в магнетроне использовался обычный катод с горячей нитью накала, система, которая широко использовалась в радиосистемах, производящих сотни киловатт. Это, казалось, предлагало гораздо более вероятный путь к более высокой мощности.
Проблема существующих магнетронов заключалась не в мощности, а в эффективности. В клистроне пучок электронов пропускался через металлический диск, известный как резонатор. Механическое устройство медного резонатора заставляло его влиять на электроны, ускоряя и замедляя их, испуская микроволны. Это было достаточно эффективно, а мощность ограничивалась пушками. В случае магнетрона резонатор был заменен двумя металлическими пластинами, удерживаемыми с противоположными зарядами, чтобы вызвать переменное ускорение, и электроны были вынуждены перемещаться между ними с помощью магнита. Не существовало реального ограничения на количество электронов, которые он мог ускорить, но процесс высвобождения микроволн был крайне неэффективен.
Затем они подумали, что произойдет, если две металлические пластины магнетрона будут заменены резонаторами, по сути объединяющими существующие концепции магнетрона и клистрона. Магнит заставит электроны двигаться по кругу, как в случае с магнетроном, поэтому они будут проходить мимо каждого из резонаторов, генерируя микроволны намного эффективнее, чем в концепции пластины. Вспомнив, что Генрих Герц использовал петли из проволоки в качестве резонаторов, в отличие от дискообразных полостей клистрона, казалось возможным, что несколько резонаторов можно было разместить вокруг центра магнетрона. Что еще более важно, не существовало реальных ограничений на количество или размер этих петель. Можно значительно улучшить мощность системы, расширив контуры в цилиндры, причем мощность в этом случае будет определяться длиной трубки. Эффективность можно повысить, увеличив количество резонаторов, так как каждый электрон может, таким образом, взаимодействовать с большим количеством резонаторов на своей орбите. Единственные практические ограничения основывались на требуемой частоте и желаемом физическом размере трубки.
Разработанный с использованием обычного лабораторного оборудования, первый магнетрон состоял из медного блока с шестью просверленными в нем отверстиями для создания резонансных петель, который затем помещался в колпак и подвергался вакуумной откачке, который в свою очередь помещался между полюсами самого большого подковообразного магнита, который они могли найти. Испытание их новой конструкции магнетрона с резонатором в феврале 1940 г. дало мощность 400 Вт, а в течение недели она превысила 1.000 Вт. Затем конструкция была продемонстрирована инженерам из GEC, которых попросили попытаться улучшить ее. Компания GEC представила ряд новых промышленных методов для лучшего уплотнения трубки и улучшения вакуума, а также добавила новый катод с оксидным покрытием, который позволял пропускать через него гораздо большие токи. Они увеличили мощность до 10 кВт, примерно такую же мощность, как у обычных трубных систем, используемых в существующих радиолокационных установках. Успех магнетрона произвел революцию в развитии радаров, и почти все новые радары с 1942 года использовались.
В 1943 году Рэндалл покинул физическую лабораторию Олифанта в Бирмингеме, чтобы в течение года преподавать в лаборатории Кавендиша в Кембридже. В 1944 году Рэндалл был назначен профессором естественной философии в Университете Сент-Эндрюс и начал планировать исследования в области биофизики (с Морисом Уилкинсом ) на небольшой грант Адмиралтейства.
В 1946 году Рэндалл был назначен главой физического факультета Королевского колледжа в Лондоне. Затем он перешел на кафедру физики Уитстона в Королевском колледже в Лондоне, где Совет медицинских исследований создал отдел биофизических исследований с Рэндаллом в качестве директора (теперь известный как Отделение клеточной и молекулярной биофизики Рэндалла). Королевский колледж. Во время его пребывания в должности директора экспериментальная работа, приведшая к открытию структуры ДНК, была проделана там Розалинд Франклин, Раймонд Гослинг, Морис Уилкинс, Алекс Стоукс. и Герберт Р. Уилсон. Он поручил Франклину Рэймонда Гослинга в качестве аспиранта работать над структурой ДНК с помощью дифракции рентгеновских лучей. По словам Раймонда Гослинга, роль Джона Рэндалла в поисках двойной спирали невозможно переоценить. Гослинг так сильно относился к этой теме, что написал The Times в 2013 году во время празднования шестидесятой годовщины. Рэндалл твердо верил, что ДНК хранит генетический код, и собрал многопрофильную команду, чтобы помочь доказать это. Рэндалл указал, что, поскольку ДНК состоит в основном из углерода, азота и кислорода, она точно такая же, как атомы в воздухе в камере. Результатом было диффузное обратное рассеяние рентгеновских лучей, которое затуманило пленку, и поэтому он поручил Гослингу заменить весь воздух водородом.
Морис Уилкинс разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 года с Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик ; Розалинда Франклин уже умерла от рака в 1958 году.
В дополнение к работе по дифракции рентгеновских лучей подразделение провело обширную программу исследований, проводимых физиками, биохимиками и биологами. Использование новых типов световых микроскопов привело к важному предложению в 1954 году о механизме скользящей нити для сокращения мышц. Рэндаллу также удалось интегрировать преподавание биологических наук в Королевском колледже.
В 1951 году он организовал большую многопрофильную группу, работающую под его личным руководством, чтобы изучить структуру и рост белка соединительной ткани коллагена. Их вклад помог выяснить трехцепочечную структуру молекулы коллагена. Сам Рэндалл специализировался на использовании электронного микроскопа, сначала изучая тонкую структуру сперматозоидов, а затем сосредоточившись на коллагене. В 1958 году он опубликовал исследование строения простейших. Он создал новую группу, которая использовала реснички простейших в качестве модельной системы для анализа морфогенеза путем корреляции структурных и биохимических различий у мутантов.
Рэндалл женился на Дорис, дочери Джозайи Джона Дакворта, геодезиста угольной шахты, в 1928 году. У них родился сын Кристофер, родившийся в 1935 году.
В 1970 году он перешел в Эдинбургский университет, где сформировал группу, которая применила ряд новых биофизических методов, таких как когерентные нейтронографические исследования белковых кристаллов в ионных растворах в тяжелой воде, для изучения дифракция нейтронов и рассеяние различных биомолекулярных проблем, таких как протонный обмен белковых остатков дейтронами.
Университет Бирмингема - Физический корпус Пойнтинга - синий знак с участием Рэнда
