Back

115 éve született az üreges magnetron egyik feltalálója, Sir John Turton Randall

Most egy olyan angol fizikus és biofizikus 115. születésnapját ünnepeljük, aki mindkét tudományágban kiemelkedőt alkotott és mégis alig ismerjük a nevét. Pedig John Randall egyik találmányával, a második világháború kimenetelében nagy szerepet játszó találmánya, az üreges magnetron ma szinte minden konyhában ott van a mikrohullámú sütő lelkeként. Húsz évvel később meg már Nobel-díjas felfedezés, a DNS struktúrájának a megfejtésénél egyengette a díjat elnyerők kutatását.


John Randall 1905. március 23-án született a Liverpool és Manchester között félúton fekvő Newton-Le-Willows városában. Apja, Sidney Randall facsemete- és magkereskedő, anyja, Hanna Cowley pedig a régió szénbánya-felügyelője volt. Három gyermekük közül egyedül az elsőszülött Randall volt fiú. A középiskola után a Manchesteri Egyetemen folytatta tanulmányait és 1926-ban MSc fokozatot szerzett fizikából. Pályakezdőként a General Electric Wembley-ben lévő laboratóriumában helyezkedett el, ahol fénycsövekhez használt gerjesztett fényporok kidolgozását vezette. A Birminghami Egyetemen a foszforeszkáló anyagok elektroncsapda elméletét kidolgozó kutatásaival 1937-ben elnyerte a Fellowship of Royal Society kitüntetést. Itt, a Mark Oliphant vezette fizika tanszéken találkozott a doktori disszertációján dolgozó Maurice Wilkins-szel, akinek a témavezetője lett.

1939-ben a második világháború kényszerűen más irányba vitte a kutatásokat. Oliphantot felkérte az Admiralitás a 10 cm-es sávban működő radarberendezés kifejlesztésére abban a reményben, hogy egy ilyen mikrohullámú radarral már olyan kis tárgyak is detektálhatóak, mint egy tengeralattjáró periszkópja. Oliphant a klisztron erősítésének a növelésével gondolta megoldani a problémát, s ebben ért is el eredményeket. Ahhoz azonban, hogy legyen mit erősíteni, kellett egy nagyteljesítményű mikrohullámú oszcillátor is. Ennek a megalkotására John Randallt és Harry Bootot kérte fel azzal a javaslattal, hogy egy, az UHF rádiórendszerekben már bevált technikát átvéve, miniatűr Barkhausen-Kurz csövet fejlesszenek ki erre a célra. Hamar kiderült azonban, hogy ez az út nem járható: a kinyerhető teljesítmény messze nem elég a tervezett radar céljaira.

Randall és Boot ezek után más irányban kezdett el gondolkodni. A Barkhausen-Kurz cső mellett a másik eszköz, amivel mikrohullámokat lehetett kelteni, a magnetron volt. 1921-ben Albert Hull létrehozta a felhasított anódú magnetront, ami valamivel jobb hatásfokú volt, mint a zárt anódú elődje, de a radar céljaira nem adott kellő erősségű jelet, aminek leginkább a rendkívül rossz hatásfok volt az oka. A két kutató azonban összehozta a klisztron képességeit a magnetron előnyeivel és azt találták ki, hogy a magnetron hatásfokát üregesen kiképzett anóddal próbálják meg növelni. A katódból kilépő elektronok így nem két fémlemez között verődve hozzák létre a mikrohullámú jelet, hanem az anód üregeinek a rezonanciája fogja őket terelni, miközben az anódról ki lehet csatolni a keletkező nagyfrekvenciás jelet. A magnetron alján és tetején meghagyták a két állandó mágnest, mely körpályára tereli a katódból kilépő elektronokat, melyek végül – energiájukat vesztve – visszazuhannak a katódba. Eközben azonban az üregekben keletkező rezonancia hatására létrejön a nagyfrekvenciás jel, melyet az egyik üregbe telepített hurokkal ki lehet csatolni.

Elsőként egy hatüreges magnetront raktak össze 1940 februárjában, mely 400 W-os teljesítménnyel dolgozott. Egy héttel később már 1000 W-ra tornászták fel a teljesítményt. Az eredményeiket bemutatták a General Electric Company-nak, akik átvették a gondolatot és oxidréteggel borított katóddal, az üregek számának nyolcra növelésével, pontos megmunkálással és néhány újabb módosítással már 10 kW-ra tudták felvinni az üreges magnetron teljesítményét. Ez már elég volt a katonai alkalmazásokhoz is és miniatürizált, vízhűtésű változatát akár vadászgépekbe is be lehetett építeni, ami újabb nagy előnyt jelentett a háborúban.

Randall és Boot találmánya nagyban hozzájárult az angol katonai sikerekhez, de a találmány eredményeit ma is nap, mint nap élvezhetjük, ugyanis a mikrohullámú sütőkben is üreges magnetron állítja elő a vízmolekulák megmozgatásához szükséges 2450 MHz-es mikrohullámot. Ha a találmány ezen oldalát nézzük, akkor bizony ennek a két névnek nagyon is ismertnek kellene lennie. Természetesen Henry Bootról is megemlékezünk majd a születésnapján 2022-ben.

Most viszont térjünk vissza John Randallhoz, aki a találmány sikere után más irányban folytatta kutatásait, 1943-ban otthagyta Mark Oliphant laboratóriumát és egy éves Cambridge-i kitérő után a St. Andrews Egyetem professzori állását fogadta el, közben pedig Maurice Wilkinssel közösen biofizikai kutatásokba kezdtek.

1946-ban már a londoni King’s College fizika tanszékének a vezetését nyerte el, de nem sokkal később itt alakult meg a Biofizikai Kutató Egység, melynek John Randall lett az igazgatója. A kutatólabor az egyik központjává vált a DNS szerkezetének a feltárásában. Emellett még két helyen folytak hasonló kutatások. A másik központ a Chambridge-i Egyetemen, a Cavendish Laboratóriumban volt, ahol mások mellett James D. Watson és Francis Crick is ezen dolgozott, míg a harmadik központ az amerikai Caltech-en, azaz a California Institute of Technology berkein belül működött, itt Linus Pauling neve fémjelezte a kutatásokat.

A John Randall által vezetett intézményben Maurice Wilkins volt a DNS kutatócsoport vezetője, de ebben a csoportban dolgozott Rosalind Franklin is, aki röntgenkrisztallográfiai módszerekkel vizsgálta a DNS-t és az erről készült híres „Photograph 51” felvétele vezetett el ahhoz a felismeréshez, hogy a DNS-nek kettős csavar szerkezete van, amit a köznyelv kettős spirálként szokott emlegetni. Ugyancsak ebben a csoportban dolgozott Raymond Gosling is, aki több interjújában is kifejtette, hogy Randallnak elévülhetetlen érdemei voltak a DNS kutatások irányban tartásában és a röntgenkrisztallográfiai módszer támogatásában.

Hogy végül is miért Crick, Watson és Wilkins kapta 1962-ben a DNS szerkezetének a felismeréséért és az átöröklésben játszott szerepének a feltárásáért a fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat? Ez egy hosszú történet, amit sokan sokféleképpen mondanak el. Tény, hogy Rosalind Franklin 37 éves korában – valószínűleg éppen a kutatási munkája következményként – 1958-ban elhunyt, így nem is kaphatott már Nobel-díjat. Randall viszont nem volt közvetlenül benne a kutatócsoportban, azt Wilkins vezette. Crick és Watson pedig rengeteg információt rakott össze, s a mozaikok közül már csak az hiányzott, hogy felismerjék, hogy nem hármas csavar szerkezete van a DNS-nek. Ehhez segített Franklin Photograph 51 felvétele, amit viszont Wilkins Franklin jóváhagyása nélkül mutatott meg Cricknek és Watsonnak. Végül is mindenki megérdemelte a kapott Nobel-díjat, de lehet, hogy még néhányan szintén megkaphatták volna. Így maradt végül is Randall Nobel-díj nélkül annak ellenére, hogy két világraszóló találmányban, felfedezésben is oroszlánszerepet vállalt. Más formában viszont elérte az elismerés: 1962-ben lovaggá ütötték, így lett Sir John Randall a neve a továbbiakban.

Randall a DNS szerkezet megfejtése után még hosszú ideig foglalkozott biofizikával, elektronmikroszkópos kutatásokba kezdett, majd 1970-ben az Edinburgh-i Egyetemen folytatta munkáját, ahol egy külön csoportot hozott össze biomolekuláris kutatások céljaira. Végül 79 éves korában, 1984. június 16-án hunyt el Edinburgh-ban. Tiszteletére a King’s College általa vezetett biofizikai laboratóriumát ma Randall Sejt- és Molekuláris Biofizikai Divíziónak hívják.


dr. Bartolits István