ジョン・ランドール（物理学者）

1939年に戦争が始まると、オリファントは海軍本部からマイクロ波周波数で動作する無線源を製作する可能性について打診された。そのようなシステムがあれば、それを使用するレーダーは潜水艦の潜望鏡のような小さな物体を視認できる。サフォーク海岸のボーズィー・マナーにある航空省のレーダー研究者も10cmシステムに興味を示していた。これは送信アンテナのサイズを大幅に縮小できるため、現在のシステムのように翼や胴体に取り付けるのではなく、航空機の機首に簡単に取り付けることができるからである。^{[ 9 ]} 

オリファントは、1937年から1939年の間にラッセルとシグルド・ヴァリアンによって導入されたクライストロンを用いた研究を開始した。クライストロンは、マイクロ波を効率的に生成することが知られている唯一のシステムである。当時のクライストロンは出力が非常に低い装置であり、オリファントの努力は主にその出力を大幅に増加させることに向けられていた。これが成功すれば、二次的な問題が生じる。クライストロンは増幅器にすぎないため、増幅するには低電力の信号源が必要だった。オリファントは、マイクロ波発振器の製造というこの問題についてランドールとハリー・ブートに任せ、 UHFシステムですでに使用されていた設計である小型のバルクハウゼン・クルツ管をこの役割のために調査するよう依頼した。彼らの研究は、これらがマイクロ波帯域で改善をもたらさないことをすぐに示した。^{[ 10 ]}クライストロンの取り組みはすぐに頭打ちになり、約400ワットのマイクロ波電力を生成できる装置が完成した。これは試験目的には十分であったが、実用的なレーダーシステムに必要な数キロワットのシステムには遠く及ばなかった。 

ランドールとブートは、他に手がけるプロジェクトがなかったため、1939年11月にこの問題の解決策を検討し始めた。当時知られていたマイクロ波デバイスは、スプリットアノードマグネトロンのみであった。これは少量の電力を生成できるデバイスであったが、効率が低く、一般的にクライストロンよりも出力が低かった。しかし、彼らはマグネトロンにはクライストロンに比べて大きな利点が1つあることに気づいた。クライストロンの信号は電子銃によって供給される電子の流れに符号化されており、デバイスが最終的に扱える電力は電子銃の電流能力によって決まる。対照的に、マグネトロンは従来のホットフィラメントカソードを使用しており、これは数百キロワットを生成する無線システムで広く使用されていたシステムである。これは、より高い電力へのはるかに有望な道筋を提供するように思われた。^{[ 10 ]}

既存のマグネトロンの問題点は、出力ではなく効率だった。クライストロンでは、電子ビームが共振器と呼ばれる金属ディスクを通過する。銅製の共振器の機械的な構造により、電子に影響を与え、加速と減速を繰り返し、マイクロ波を発生させる。これは比較的効率的で、出力は電子銃によって制限されていた。マグネトロンの場合、共振器は反対の電荷を帯びた2枚の金属板に置き換えられ、交互に加速させ、磁石を使って電子をその間を通過させる。加速できる電子の数に実質的な制限はなかったが、マイクロ波の発生プロセスは極めて非効率的だった。

二人は次に、マグネトロンの2枚の金属板を共振器に置き換えた場合、つまり既存のマグネトロンとクライストロンの概念を組み合わせた場合に何が起こるかを検討した。マグネトロンの場合と同様に、磁石によって電子は円を描いて移動するため、電子は各共振器を通過することになり、金属板の概念よりもはるかに効率的にマイクロ波を生成する。ハインリッヒ・ヘルツがクライストロンの円盤状の空洞とは対照的に、共振器としてワイヤーのループを使用していたことを考えると、マグネトロンの中心の周りに複数の共振器を配置できる可能性があるように思われた。さらに重要なことに、これらのループの数やサイズには実際的な制限はなかった。ループを円筒形に拡張することでシステムの電力を大幅に向上させることができ、その場合、電力処理能力は管の長さによって決まる。共振器の数を増やすことで効率を向上させることができ、各電子は軌道上でより多くの共振器と相互作用することができる。実際的な制限は、必要な周波数と管の望ましい物理的サイズのみに基づいていた。^{[ 10 ]}

一般的な実験装置を使用して開発された最初のマグネトロンは、共振ループを生成するために6つの穴が開けられた銅ブロックで構成され、それをベルジャーに入れて真空ポンプで排気し、そのベルジャー自体を、入手可能な最大のU字型磁石の極の間に配置した。1940年2月に行われた新しい空洞マグネトロン設計のテストでは400 ワットを生成し、1週間以内に1,000ワットを超えた 。^{[ 10 ]}その後、この設計はGECのエンジニアに示され、改良を試みるよう依頼された。GECは、チューブをより良く密閉し真空を改善するためにいくつかの新しい工業的方法を導入し、より大きな電流を流すことができる新しい酸化物コーティングされたカソードを追加した。これにより、出力は10kWに増加し 、既存のレーダーセットで使用されている従来のチューブシステムとほぼ同じ出力になった。マグネトロンの成功はレーダーの開発に革命をもたらし、1942年以降のほぼすべての新しいレーダーセットはマグネトロンを使用した。

1943年、ランドールはバーミンガムのオリファントの物理学研究所を離れ、ケンブリッジのキャベンディッシュ研究所で1年間教鞭を執った。1944年、ランドールはセント・アンドリュース大学の自然哲学教授に任命され、少額の海軍省助成金で（モーリス・ウィルキンスと共に）生物物理学の研究計画を始めた。^{[ 11 ]}

1946年、ランドールはロンドンのキングス・カレッジの物理学科長に任命された。その後、キングス・カレッジ のホイートストン物理学講座に移り、医学研究評議会がキングス・カレッジに生物物理学研究ユニットを設立し、ランドールが所長に就任した（現在はランドール細胞分子生物物理学センターとして知られている）。所長在任中、ロザリンド・フランクリン、レイモンド・ゴスリング、モーリス・ウィルキンス、アレックス・ストークス、ハーバート・R・ウィルソンらが、 DNA構造の発見につながる実験を行った。彼はレイモンド・ゴスリングを博士課程の学生としてフランクリンに割り当て、X線回折によるDNA構造の研究を行わせた。^{[ 12 ]}レイモンド・ゴスリングによれば、二重らせん構造の探求におけるジョン・ランドールの役割はいくら強調してもしすぎることはない。ゴスリングはこの件について非常に強い思いを抱いており、60周年記念の祝賀会が行われた2013年にタイムズ紙に手紙を書いた。^{[ 13 ]}ランドールは、DNAが遺伝暗号を保持していると確信し、それを証明するために学際的なチームを結成した。DNAは主に炭素、窒素、酸素で構成されているため、カメラ内の空気中の原子と全く同じであると指摘したのはランドールだった。その結果、X線が拡散して後方散乱し、フィルムが曇ってしまったため、彼はゴスリングに空気をすべて水素に置き換えるように指示した。^{[ 13 ]}

モーリス・ウィルキンスは、1962年のノーベル生理学・医学賞をジェームズ・ワトソン、フランシス・クリックと共同受賞した。ロザリンド・フランクリンはすでに1958年に癌で亡くなっていた。

X線回折の研究に加えて、この研究室では物理学者、生化学者、生物学者による幅広い研究プログラムを実施しました。新しいタイプの光学顕微鏡の使用により、1954年に筋肉収縮の滑りフィラメント機構という重要な提案が生まれました。ランドールはまた、キングス・カレッジでの生物科学の教育を統合することにも成功しました。^{[ 2 ]}

1951年、彼は自身の指導の下、結合組織タンパク質コラーゲンの構造と成長を研究する大規模な学際的グループを設立した。彼らの貢献により、コラーゲン分子の3本鎖構造が解明された。ランドール自身は電子顕微鏡の使用を専門とし、最初は精子の微細構造を研究し、その後コラーゲンに集中した。^{[ 2 ]} 1958年、彼は原生動物の構造に関する研究を発表した。^{[ 2 ]}彼は、変異体の構造的および生化学的差異を相関させることにより、原生動物の繊毛をモデルシステムとして形態形成を分析するための新しいグループを設立した。

ランドールは1928年に炭鉱測量士のジョサイア・ジョン・ダックワースの娘ドリスと結婚した。^{[ 2 ]}彼らには1935年に生まれた息子クリストファーがいた。^{[ 2 ]}

1970年、彼はエジンバラ大学に移り、そこでグループを結成し、重水中のイオン溶液中のタンパク質結晶のコヒーレント中性子回折研究など、さまざまな新しい生物物理学的手法を応用して、中性子回折と散乱によって、タンパク質残基の重水素によるプロトン交換などのさまざまな生体分子の問題を研究した。

• 1938年、ランドールはマンチェスターのビクトリア大学から理学博士号を授与された。 ^{[ 14 ]}
• 1943年、彼は（ハリー・ブートと共に）空洞マグネトロンの発明により、王立芸術協会のトーマス・グレイ記念賞を受賞した。
• 1945年、彼はロンドン物理学会からダデル・メダルと賞を授与され、マグネトロンの発明に対して王立発明家賞委員会から賞金を受け取った。
• 1946年、彼は王立協会のフェロー（FRS）^{[ 2 ]}に選出され、同年、ヒューズ・メダルを授与された。
• マグネトロンの研究に対するさらなる賞（ブートとの共同受賞）としては、1958年にペンシルベニア州フランクリン研究所のジョン・プライス・ウェザリル・メダル、1959年にフィラデルフィア市のジョン・スコット・メダルが授与された。^{[ 2 ]}
• 1962年にナイトの称号を授与され、1972年にはエディンバラ王立協会のフェロー（FRSE）に選出された。