Panoramica storica sull’invenzione del magnetron
Fig. 1: Modello dell’anodo del magnetron di A. Hull
Fig. 2: Modello di magnetron a fessura di E. Habann
Fig. 3: Modello del magnetron multicamera brevettato da H. Hollmann
Fig. 4: Modello del magnetron multicamera costruito da J. Randall e H. Boot
Panoramica storica sull’invenzione del magnetron
1912 Il fisico svizzero Heinrich Greinacher provò a utilizzare un tubo a diodi con una disposizione cilindrica simmetrica dell’anodo sotto un campo magnetico parallelo all’asse per misurare il rapporto tra la carica dell’elettrone e la sua massa. L’esperimento pratico è fallito a causa della mancanza di vuoto nel tubo e quindi di un’insufficiente perdita di elettroni dal catodo. Greinacher ha fornito una descrizione matematica fondamentale dei cambiamenti nel movimento degli elettroni sotto l’influenza del campo magnetico.
1921Albert W. Hull della General Electric Company riprese questa disposizione sperimentale e studiò il movimento degli elettroni sotto l’influenza di un campo magnetico assiale omogeneo. Egli notò la possibilità di controllare il flusso di elettroni verso l’anodo variando il campo magnetico.
Hull voleva sviluppare per la sua azienda un relè o amplificatore a controllo magnetico per competere con i tubi amplificatori (triodi) della Western Electric Company. Ha anche fatto riferimento alla possibilità di generare oscillazioni ad alta frequenza. Chiamò la sua invenzione „Magnetron“.
1924 Indipendentemente l’uno dall’altro, i magnetron per la generazione di oscillazioni ad alta frequenza sono stati sviluppati da Erich Habann a Jena (Germania) e Napsal August Zázek a Praga (Repubblica Ceca). Haban formulò le condizioni in cui una resistenza negativa può sorgere parallelamente ai risonatori per compensare il loro smorzamento e generare un’oscillazione non smorzata. A differenza di Hull, egli utilizzò un campo magnetico costante, come è comune oggi nel funzionamento di un magnetron. Il suo magnetron utilizzava un anodo a fessura e poteva generare oscillazioni intorno ai 100 MHz. L’anodo di Zázek era già realizzato da un unico blocco e poteva generare frequenze fino a 1 GHz.
1929 La svolta avviene con una generazione di magnetron nella gamma delle onde centimetriche ad opera di Kinjiro Okabe della Tohoku University di Sendai, in Giappone. Il suo magnetron funzionava a una frequenza di 5,35 GHz.
1935Hans Erich Hollmann sviluppò ulteriormente il magnetron a fessura e formulò un brevetto per un magnetron con risonatori multipli il 27 novembre 1935. Questo brevetto è stato concesso anche in America con il nome di US Patent 2.123.728 il 12 luglio 1938, molto prima del lavoro di John Randall e Henry Boot nel febbraio 1940.
1940 Nonostante ciò, il magnetron multicamera sviluppato da due ingegneri dell’Università di Birmingham, John Randall e Henry Boot, fu una pietra miliare che cambiò le sorti della guerra degli U-Boat contro la Germania a partire dal 1940. Hanno semplicemente costruito un magnetron con più dei quattro risonatori per rendere più efficace la generazione ad alta frequenza e hanno dotato il blocco anodico di un sistema di raffreddamento ad acqua per ottenere una maggiore potenza. Questo magnetron è stato utilizzato per produrre in serie un trasmettitore radar leggero che consentiva una potenza d’impulso di 15 kW a una frequenza di 3 GHz. I bombardieri B-17 erano dotati di questo radar.
Questo piccolo ma potente radar permetteva di localizzare e ingaggiare i sottomarini che dovevano emergere di notte per ricaricare le batterie. Poiché il guadagno dell’antenna è proporzionale alla frequenza di trasmissione, questa frequenza elevata ha permesso di ottenere un’antenna molto efficace con un’ottima precisione (anch’essa inversamente proporzionale alla frequenza di trasmissione) e un potere risolutivo nella misura angolare.
I risultati delle ricerche di Henry Gutton sull’uso di catodi di ossido di bario in un magnetron multi-slot furono portati in Inghilterra da Maurice Ponte della General Society for Wireless Telegraphy poco prima dell’occupazione della Francia. Lì sono stati incorporati nello sviluppo continuo di Randall e Boot. I catodi di ossido di bario hanno una temperatura più bassa rispetto ai catodi di tungsteno con un’emissione di elettroni paragonabile e quindi hanno fatto sì che i magnetron durassero molto più a lungo.
Henry Tizard guidò una delegazione che portò negli Stati Uniti d’America tutti i risultati delle ricerche precedentemente disponibili durante la Battaglia d’Inghilterra. Qui è stata avviata la produzione di massa di tubi magnetronici per uso bellico.
1941Il fisico nordirlandese James Sayers sviluppa un magnetron con anelli di cortocircuito.
1942 Negli impianti radar tedeschi, i
klystron
erano attualmente preferiti ai magnetron perché avevano una migliore costanza di frequenza.
Solo alla fine della Seconda Guerra Mondiale, analizzando i dispositivi catturati,
si sono riconosciuti i vantaggi della gamma di microonde, che potevano essere controllate dai magnetron,
soprattutto perché all’epoca non esisteva la possibilità di disturbare questi dispositivi.
Tuttavia, era già troppo tardi per un’applicazione industriale dei risultati.
Ref.: Forschung, Rüstung und Krieg.
di Christopher Schumacher