XXVI. EL MAGNETR�N. LAS MICROONDAS
A PESAR de que el radar ayud� a los ingleses a ganar la Batalla de Inglaterra, desde el inicio sus inventores se dieron cuenta de que ten�a serias desventajas, que se hicieron manifiestas durante las batallas de 1940.
En primer lugar, por su tama�o, el radar no se pod�a llevar en avi�n; como se recordar�, la antena necesitaba una longitud de 25 m aproximadamente.
En segundo lugar, el haz de ondas electromagn�ticas emitidas por las antenas ten�a cierta anchura y lo �nico que se pod�a informar a los pilotos es que dentro de esa anchura se hab�a detectado un enemigo. Sin embargo, esta anchura abarcaba una distancia de alrededor de 100 m, tanto hacia arriba como hacia abajo, a partir del centro. Durante el d�a no hab�a problema, ya que una vez situado el avi�n en el centro de la pantalla del radar el aviador pod�a buscar visualmente d�nde se encontraba el enemigo. Pero en la noche esto no funcionaba, la �nica forma de atacar un avi�n enemigo era tenerlo a una distancia muy peque�a y no a cien metros.
Para vencer este obst�culo era necesario utilizar ondas electromagn�ticas de longitudes de onda que no fueran de decenas de metros, sino de algunos metros, o todav�a mejor, de cent�metros, es decir, longitudes de onda extremadamente peque�as, lo que significa ondas de muy altas frecuencias. Con estas longitudes de onda es posible detectar objetos muy cercanos. A estas ondas se le llama microondas.
Hab�a varias ventajas si se usaban longitudes de onda m�s peque�as: una era que la anchura del haz disminuye con la longitud de onda y por tanto se podr�a detectar con m�s precisi�n al enemigo; otra, que la antena ser�a mucho m�s peque�a y que el radar podr�a llevarse en el avi�n.
Por otro lado, con el equipo de que se dispon�a en esa �poca, a medida que se disminu�a la longitud de onda, disminu�a tambi�n la potencia de la onda emitida, lo cual era muy inconveniente.
Trataron de resolver este problema de una forma completamente distinta. Despu�s de sortear varios obst�culos pol�ticos que no viene al caso discutir aqu�, se asign� el proyecto de investigaci�n al profesor Mark Oliphant, del entonces reci�n creado Departamento de F�sica de la Universidad de Birmingham. �ste a su vez invit� al profesor John Randall y al estudiante Henry Boot. El grupo empez� a analizar el problema en el verano de 1939. Necesitaban inventar un dispositivo que pudiera generar ondas de muy altas frecuencias.
Encontraron que en 1916 un joven estadounidense, Albert W. Hull, que hab�a estudiado f�sica y literatura griega en la Universidad de Yale, hab�a inventado el magnetr�n cuando trabajaba en el laboratorio de investigaci�n de la General Electric. Se encontraba en ese proyecto porque como la compa��a ATT hab�a demandado judicialmente la patente del tubo al vac�o que hab�a presentado la General Electric, esta �ltima quer�a encontrar alguna opci�n, en tanto se dirim�a el problema legal.
Como se recordar� (v�ase el cap�tulo XX) en un triodo el flujo de electrones entre el c�todo (donde se generan los electrones) y el �nodo (que los recibe) se controla por medio de la carga el�ctrica aplicada en la rejilla que se encuentra entre los elementos mencionados. Seg�n el voltaje que se aplique a la rejilla, el flujo puede pasar, inhibirse o suspenderse completamente. Hull pens� en la posibilidad de controlar este flujo por medio de un campo magn�tico. Se le ocurri� un dispositivo con un c�todo formado por un cilindro met�lico (Figura 45) en el centro, y el �nodo formado por otro cilindro hueco, tambi�n met�lico, conc�ntrico con el anterior, entre los que se establece un voltaje por medio de una bater�a. El campo magn�tico lo estableci� paralelo al eje del conjunto. As�, un electr�n que saliera del c�todo, en lugar de seguir una l�nea directa hacia el �nodo, como ocurre en el triodo, seguir�a, debido al campo magn�tico, una trayectoria en espiral. Dependiendo de las caracter�sticas del campo, como su intensidad y la forma en que var�e con el tiempo, estas espirales pueden tomar muchas formas. Puede que algunas partan del c�todo pero no lleguen al �nodo, con lo que, en este caso, el flujo de electrones ser� suspendido. Vemos as� que la corriente el�ctrica entre los elementos puede ser controlada por el campo magn�tico, y por tanto, este dispositivo, al que se le llam� magnetr�n, funciona como un triodo.
Figura 45. En un magnetr�n un campo magn�tico a lo largo del eje modifica
la trayectoria de los electrones que se emiten del c�todo.
Cuando el litigio entre las dos compa��as estadounidenses se resolvi�, la General Electric ya no tuvo inter�s en el magnetr�n y por una d�cada nadie le prest� atenci�n, excepto Hull, quien continu� investigando sus propiedades f�sicas con todo detalle.
En 1939 el grupo de Birmingham encontr� un trabajo sobre el magnetr�n. Se basaron en el principio de este dispositivo pero le a�adieron otra idea ingeniosa fundamentada en el fen�meno de resonancia (v�ase el cap�tulo XII). Para entender lo que hicieron consideremos lo que ocurre cuando soplamos un silbato. Dentro del silbato hay un peque�o objeto duro que est� suelto en la cavidad y al soplar se mueve de un lado a otro, choca con las paredes, y as� genera ondas sonoras de muchas frecuencias. Sin embargo, debido a la resonancia, solamente aquellas ondas que tienen longitudes de onda comparables con las de la cavidad sobreviven, mientras que las otras se amortiguan. El resultado es que se oyen sonidos de ciertas frecuencias que quedan determinadas por las dimensiones de la cavidad. As�, un silbato con una cavidad grande emite ondas de longitud de onda grande, o sea de frecuencia peque�a, y o�mos sonidos graves. Un silbato peque�o produce longitudes de onda peque�as que corresponden a frecuencias grandes, as� o�mos un sonido agudo.
Boot y Randall aplicaron esta idea. Para ello construyeron en un peque�o bloque
de cobre un magnetr�n, pero dentro del �nodo hicieron cavidades de dimensiones
muy precisas (Figura 46). Al aplicar una corriente el�ctrica entre el c�todo
y el �nodo, y adem�s un campo magn�tico a lo largo del eje del magnetr�n, lograron
que los electrones se movieran dentro del espacio de interacci�n. Estos electrones
rebotan por el campo magn�tico y por tanto se aceleran. En consecuencia emiten
ondas electromagn�ticas de muchas frecuencias. Sin embargo, debido a que estas
ondas entran en las cavidades, por resonancia solamente perduran las que tienen
longitudes de onda comparables con las dimensiones de las cavidades, mientras
que las otras desaparecen; todo esto ocurre en forma an�loga al funcionamiento
de un silbato. Construyeron las cavidades con dimensiones de cent�metros, por
lo que produjeron ondas centim�tricas, o sea microondas, que corresponden a
frecuencias muy altas. Al emitir radiaci�n, los electrones pierden energ�a;
la energ�a que tienen las microondas proviene de estos electrones, que a su
vez la adquieren de la fuente externa que provee el voltaje entre el c�todo
y el �nodo. Este voltaje puede ser continuo y el aparato produce una radiaci�n
que var�a con el tiempo.
Figura 46. Esquema de un aparato que produce microondas.
En febrero de 1940 Boot y Randall probaron por primera vez su magnetr�n modificado. Al hacer las mediciones necesarias encontraron que hab�an producido ondas con longitud de 9.8 cm (que corresponden a una frecuencia de 3 061 millones de Hz, o sea, 3 061 MHz) y una potencia de 400 watts, que es extraordinariamente grande.
El magnetr�n fue el dispositivo clave para desarrollar un sistema de radar que pudiera ser transportado en un avi�n. Sin embargo, la producci�n industrial de este aparato se realiz� dos a�os m�s tarde. Con este nuevo radar desaparecieron las objeciones antes mencionadas. Los cazas ingleses pudieron enfrentar cada vez con m�s �xito los ataques nocturnos, hasta que lleg� un momento en que las p�rdidas alemanas fueron tan grandes que suspendieron los ataques a la isla.
En 1940 Gran Breta�a y Estados Unidos hab�an convenido en intercambiar y participar de manera conjunta en el desarrollo de diferentes proyectos de car�cter cient�fico-industrial-militar. Los ingleses propusieron que se desarrollaran en Estados Unidos diferentes tipos de radar, para lo cual se abri� el Radiation Laboratory en el Instituto Tecnol�gico de Massachusetts, en noviembre de 1940. De esta manera se pudo desarrollar y posteriormente construir un gran n�mero de tipos de radar.
La palabra radar es una sigla de la expresi�n en ingl�s: radio detection and ranging, que quiere decir detecci�n de radio y alcance. Este nombre se lo pusieron los estadounidenses, pues originalmente los ingleses lo llamaron de otra forma.
Despu�s de la guerra se han utilizado las microondas en muchas aplicaciones, una de ellas muy conocida en la actualidad es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiaci�n electromagn�tica de muy alta frecuencia tiene mucha energ�a, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo.
