Джон Рэндалл (физик) - John Randall (physicist)

сэр

Джон Рэндалл

ФРС FRSE
Родившийся
Джон Тертон Рэндалл

23 марта 1905 г.
Newton-le-Willows, Ланкашир, Англия
Умер16 июня 1984 г.(1984-06-16) (79 лет)
Альма-матерМанчестерский университет (Бакалавр, Магистр)
ИзвестенПолостной магнетрон
ДНК определение структуры
нейтронная дифракция исследования меченых белков
Награды
Научная карьера
ПоляФизика
Биофизика
УчрежденияGeneral Electric Company plc
Кембриджский университет
Королевский колледж, Лондон
Сент-Эндрюсский университет
Бирмингемский университет
Эдинбургский университет
Докторанты

Сэр Джон Тёртон Рэндалл, ФРС FRSE[2] (23 марта 1905 - 16 июня 1984) был англичанином. физик и биофизик, приписывают радикальное улучшение резонаторный магнетрон, важный компонент сантиметровой длины волны радар, что было одним из ключей к победе союзников в Вторая мировая война. Это также ключевой компонент микроволновые печи.[3][4]

Рэндалл сотрудничал с Гарри Бут, и они создали клапан, который мог выплевывать импульсы микроволновой энергии радиоволн на длине волны 10 см.[3] О значении своего изобретения профессор военной истории Университет Виктории Дэвид Циммерман из Британской Колумбии заявляет: «Магнетрон остается важнейшей радиолампой для коротковолновых радиосигналов всех типов. Он не только изменил ход войны, позволив нам разрабатывать бортовые радиолокационные системы, но и остается ключевым элементом технологии. это лежит в основе вашей микроволновой печи сегодня. Изобретение резонаторного магнетрона изменило мир ».[3]

Рэндалл также возглавлял Королевский колледж, Лондон команда, которая работала над структурой ДНК. Заместитель Рэндалла, профессор Морис Уилкинс, разделила 1962 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине с Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик из Кавендишская лаборатория на Кембриджский университет для определения структуры ДНК. Его другие сотрудники включали Розалинд Франклин, Раймонд Гослинг, Алекс Стоукс и Герберт Уилсон, все вовлечены в исследования ДНК.

Образование и ранняя жизнь

Джон Рэндалл родился 23 марта 1905 г. Newton-le-Willows, 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.[2] Получил образование в гимназии при г. Эштон-ин-Макерфилд и на Манчестерский университет, где он был удостоен диплома с отличием первой степени по физике и премии аспирантуры в 1925 году, а также Магистр естественных наук степень в 1926 году.[2]

В 1928 году он женился на Дорис Дакворт.

Карьера и исследования

С 1926 по 1937 год Рэндалл работал над исследованиями в Компания General Electric на своем Уэмбли лабораторий, где он принял ведущее участие в разработке люминесцентных порошков для использования в газоразрядных лампах.[нужна цитата ] Он также проявил активный интерес к механизмам таких свечение.[2]

К 1937 году он был признан ведущим британским работником в своей области и получил награду. Королевское общество стипендия в Бирмингемский университет,[нужна цитата ] где он работал над теорией электронной ловушки фосфоресценция в Марк Олифант физический факультет с Морис Уилкинс.[5][6][7][8]

Магнетрон

Здание Физики Пойнтинга, Бирмингемский университет
Оригинальный шестирезонаторный магнетрон.

Когда война началось в 1939 году, к Олифанту обратились Адмиралтейство о возможности создания радиоисточника, работающего на микроволновая печь частоты. Такая система позволила бы радар используя его, чтобы увидеть небольшие объекты, такие как перископы затопленных Подводные лодки. В Министерство авиации радиолокационные исследователи в Усадьба Боудси также проявили интерес к 10-сантиметровой системе, так как это значительно уменьшит размер передающих антенн, что значительно упростит их установку в носовой части самолета, в отличие от их установки на крыльях и фюзеляже, как в их нынешних системах. .[9]

Олифант начал исследования, используя клистрон, устройство, представленное Рассел и Сигурд Вариан между 1937 и 1939 годами, и это единственная известная система, которая могла эффективно генерировать микроволны. Клистроны той эпохи были устройствами с очень низким энергопотреблением, и усилия Олифанта были в первую очередь 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 поставил Рэндалла и Гарри Бут по вопросу производства микроволнового генератора, прося их изучить миниатюрные Трубки Баркгаузена – Курца для этой роли дизайн, уже использованный для УВЧ системы. Их работа быстро продемонстрировала, что они не дают никаких улучшений в микроволновом диапазоне.[10] 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 потребуются 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 количества энергии, но с низкий КПД и, как правило, меньшая мощность, чем у клистрона. Однако они отметили, что у него было одно огромное преимущество перед клистроном; сигнал клистрона кодируется в потоке электронов, обеспечиваемом электронная пушка, и именно текущие возможности пистолета определяли, с какой мощностью оно могло 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 власти.[10]

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 орудиями. 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 рассмотрели, что произойдет, если две металлические пластины магнетрона будут заменены резонаторами, по существу 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. Напоминая, что Генрих Герц Если в качестве резонаторов использовались проволочные петли, 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, при этом мощность будет определяться длиной трубки. Эффективность можно повысить, увеличив количество резонаторов, поскольку каждый электрон может, таким образом, взаимодействовать с большим количеством резонаторов на своих орбитах. Единственные практические ограничения основывались на требуемой частоте и желаемом физическом размере трубки.[10]

Первый магнетрон, разработанный с использованием обычного лабораторного оборудования, состоял из медного блока с шестью просверленными в нем отверстиями для создания резонансных петель, который затем помещался в колпак и вакуумной откачкой, которая сама помещалась между полюсами самого большого подковообразный магнит они могли найти. Испытание их нового резонаторный магнетрон Дизайн в феврале 1940 года производил 400 Вт, а за неделю был доведен до 1000 Вт.[10] Затем конструкция была продемонстрирована инженерам из GEC, которых попросили попробовать его улучшить. Компания GEC представила ряд новых промышленных методов для лучшего уплотнения трубки и улучшения вакуума, а также добавила новый катод с оксидным покрытием, позволяющий 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 Бирмингем преподавать в течение года в Кавендишская лаборатория в Кембридже.[нужна цитата ] В 1944 году Рэндалл был назначен профессором естественной философии в Сент-Эндрюсский университет и начал планировать исследования в области биофизики (с Морис Уилкинс ) на небольшую адмиралтейскую стипендию.[11]

Двойная спираль

Королевский колледж, Лондон

В 1946 году Рэндалл был назначен главой физического факультета Королевского колледжа в Лондоне.[нужна цитата ] Затем он перешел на кафедру физики Уитстона в Королевский колледж, Лондон, где Совет по медицинским исследованиям создал Отдел биофизических исследований с Рэндаллом в качестве директора (теперь известный как Randall Division of Cell and Molecular Biophysics) в Королевском колледже.[нужна цитата ] За время его пребывания на посту директора экспериментальные работы, приведшие к открытию структуры ДНК был сделан 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.[12] По словам Раймонда Гослинга, роль Джона Рэндалла в поисках двойной спирали невозможно переоценить. Гослинг так сильно волновался по этому поводу, что написал Времена в 2013 году во время празднования шестидесятилетия.[13] Рэндалл твердо верил, что ДНК хранит генетический код, и собрал многопрофильную команду, чтобы помочь доказать это. Именно Рэндалл указал, что, поскольку ДНК состоит в основном из углерода, азота и кислорода, она ничем не отличается от атомов воздуха в камере. Результатом было диффузное обратное рассеяние рентгеновских лучей, которое затуманило пленку, и поэтому он поручил Гослингу заменить весь воздух водородом.[13]

Морис Уилкинс разделил Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине с Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик; Розалинда Франклин умерла от рака в 1958 году.

В дополнение к работе по дифракции рентгеновских лучей в отделении проводились обширные исследования, проводимые физиками, биохимиками и биологами. Использование новых типов световых микроскопов привело к важному предложению в 1954 году о механизме скользящей нити для сокращения мышц.[нужна цитата ] Рэндаллу также удалось интегрировать преподавание биологических наук в Королевском колледже.[2]

В 1951 году он организовал большую междисциплинарную группу, работающую под его личным руководством, для изучения структуры и роста белка соединительной ткани. коллаген.[нужна цитата ] Их вклад помог выяснить трехцепочечную структуру молекулы коллагена.[нужна цитата ] Сам Рэндалл специализировался на использовании электронный микроскоп, сначала изучив тонкую структуру сперматозоиды а затем сосредоточиться на коллагене.[2] В 1958 году он опубликовал исследование строения простейших.[2] Он создал новую группу, которая использовала реснички простейших в качестве модельной системы для анализа морфогенеза путем корреляции структурных и биохимических различий у мутантов.

Личная жизнь и более поздние годы

Рэндалл женился на Дорис, дочери Джозайи Джона Дакворта, геодезиста шахты, в 1928 году.[2] У них родился сын Кристофер, родившийся в 1935 году.[2]

В 1970 году переехал в Эдинбургский университет, где он сформировал группу, которая применила ряд новых биофизических методов, таких как когерентные нейтронографические исследования кристаллов белка в ионных растворах в тяжелой воде, для изучения посредством дифракции нейтронов и рассеяния различных биомолекулярных проблем, таких как протонный обмен белковых остатков. дейтронами.[нужна цитата ]

Почести и награды

Университет Бирмингема - здание физики Пойнтинга - синяя табличка

ОК с участием Рэнд

Рекомендации

  1. ^ Уилкинс, Морис Хью Фредерик (1940). Законы затухания фосфоресценции и электронные процессы в твердых телах. ethos.bl.uk (Кандидатская диссертация). Бирмингемский университет. OCLC  911161224.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Уилкинс, М. Х. Ф. (1987). «Джон Тёртон Рэндалл. 23 марта 1905 - 16 июня 1984». Биографические воспоминания членов Королевского общества. 33: 493–535. Дои:10.1098 / rsbm.1987.0018. JSTOR  769961. PMID  11621437. открытый доступ
  3. ^ а б c «Портфель», изменивший мир'". BBC. 20 октября 2017.
  4. ^ «Ключевые участники: Дж. Т. Рэндалл - Линус Полинг и гонка за ДНК: документальная история ». osulibrary.oregonstate.edu.
  5. ^ Garlick, G.F.J .; Уилкинс, М. Х. Ф. (1945). «Короткопериодная фосфоресценция и электронные ловушки». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 184 (999): 408–433. Bibcode:1945RSPSA.184..408G. Дои:10.1098 / rspa.1945.0026. ISSN  1364-5021.
  6. ^ Randall, J. T .; Уилкинс, М. Х. Ф. (1945). «Фосфоресценция и электронные ловушки. I. Исследование распределений ловушек». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 184 (999): 365–389. Bibcode:1945RSPSA.184..365R. Дои:10.1098 / rspa.1945.0024. ISSN  1364-5021.
  7. ^ Randall, J. T .; Уилкинс, М. Х. Ф. (1945). «Фосфоресценция и электронные ловушки. II. Интерпретация долгопериодической фосфоресценции». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 184 (999): 390–407. Bibcode:1945RSPSA.184..390R. Дои:10.1098 / rspa.1945.0025. ISSN  1364-5021.
  8. ^ Randall, J. T .; Уилкинс, М. Х. Ф. (1945). «Фосфоресценция различных твердых тел». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 184 (999): 347–364. Bibcode:1945RSPSA.184..347R. Дои:10.1098 / rspa.1945.0023. ISSN  1364-5021.
  9. ^ Боуэн 1998, п. 143.
  10. ^ а б c d Рэндал и Бут, "Исторические заметки о резонаторном магнетроне", IEEE, июль 1976 г., стр. 724.
  11. ^ «Клетка: рассечение новой анатомии». Королевский колледж Лондона.
  12. ^ Увидеть письмо от Рэндалла к Франклину.
  13. ^ а б Аттар, Наоми (25 апреля 2013 г.). "Раймонд Гослинг: человек, кристаллизовавший гены". Геномная биология. 14 (4): 402. Дои:10.1186 / gb-2013-14-4-402. ЧВК  3663117. PMID  23651528.
  14. ^ "РЭНДАЛЛ, Джон Тёртон "(1938). Манчестерский университет, архив факультета естественных наук, серия: D.Sc. Examiner Reports, 1909-1949. Oxford Road, Manchester, England: University of Manchester Library, University of Manchester. Проверено 1 марта 2020 года.

дальнейшее чтение

  • Хомет, С. (Ред.), D.N.A. Генезис открытия, 1994, Newman-Hemisphere Press, Лондон.
  • Уилкинс, Морис, Третий человек двойной спирали: автобиография Мориса Уилкинса. ISBN  0-19-860665-6.
  • Ридли, Мэтт; «Фрэнсис Крик: первооткрыватель генетического кода (выдающиеся жизни)» впервые был опубликован в июле 2006 года в США, а затем в Великобритании. Сентябрь 2006 г., издательство HarperCollins Publishers ISBN  0-06-082333-X.
  • Тейт, Сильвия и Джеймс «Квартет невероятных открытий» (Athena Press 2004) ISBN  1-84401-343-X
  • Уотсон, Джеймс Д., Двойная спираль: личный отчет об открытии структуры ДНК, Атенеум, 1980, ISBN  0-689-70602-2 (впервые опубликовано в 1968 г.).

внешняя ссылка