Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Recojo aquí un extracto del contenido del Capítulo 2 de mi libro "El Radar en la historia del siglo XX. Una de las armas decisivas de la Segunda Guerra Mundial".

Si preguntan a algún experto en historia de la tecnología militar, qué dispositivo supuso un cambio cualitativo en el devenir de la Segunda Guerra Mundial, con una probabilidad cercana al 100% responderá que el magnetrón de cavidades resonantes, una pequeña válvula de 8-10 cm. de diámetro, cuya imagen muestro a continuación.

El primer magnetrón de cavidades resonantes fabricado en Gran Bretaña por General Electric Company  (E-1189)

Este dispositivo permitió al bando aliado disponer de los radares más eficientes de la Segunda Guerra Mundial. No hay que perder de vista que el radar resultó decisivo para la victoria aliada en escenarios tales como la Batalla del Atlántico, la campaña del Océano Pacífico (en especial a partir de 1943) o el bombardeo estratégico de Alemania durante los últimos años de la guerra (1944-1945). En una serie de artículos, voy a describir la historia de la invención de este dispositivos (realmente singular y asombrosa), así como su principio de funcionamiento.

1. Los orígenes de la idea: el magnetrón de Albert W. Hull

El magnetrón es un dispositivo que sirve para generar ondas electromagnéticas (o.e.m.) de alta frecuencia (por encima de los GHz). En la década de 1920, el científico estadounidense Albert W. Hull había ideado un dispositivo que podía generar estas ondas, aunque su idea inicial era otra, ya que lo que pretendía no era construir un generador de o.e.m., sino eludir las patentes de Western Electric sobre el triodo diseñado por Lee De Forest. Western Electric había conseguido el control comercial de este diseño comprando las patentes de De Forest, que permitían fabricar dispositivos amplificadores de señales eléctricas modulando el paso de corriente entre cátodo y ánodo mediante la inserción entre ambos de una rejilla. La idea de Hull era utilizar un campo magnético variable, en lugar de uno eléctrico, para controlar el flujo de electrones entre cátodo y ánodo, es decir, pretendía utilizar las propiedades de los campos magnéticos para replicar el triodo de De Forest sin usar la rejilla que incorporaba esa válvula. La imagen muestra el dispositivo ideado por Hull.

El dispositivo ideado por Hull insertado en un circuito operativo. El bobinado que rodea al dispositivo genera el campo magnético con el que funciona

2. La llamativa historia del magnetrón

Según la historia más o menos oficial del magnetrón (habría que decir con más precisión la historia británica del magnetrón), entre el dispositivo ideado por Hull en 1921 y el magnetrón de cavidades resonantes ideado por J. Randall y H. Boot en 1939 (que analizaremos en el siguiente artículo), no hubo más que un "desierto" científico. Nada más lejos de la realidad, en honor a la memoria de ciertos científicos olvidados por la historia, hay que señalar que los elementos de diseño del magnetrón de cavidad se conocían 20 años antes de que Randall y Boot dieran a conocer el suyo, a saber: (1) un vacío lo suficientemente bueno para las válvulas de vacío, (2) el rectificador y (3) la ley que gobierna el movimiento de los electrones en campos eléctricos y magnéticos.

En este sentido, no es realmente sorprendente saber que el magnetrón ya se había inventado con anterioridad por partida cuádruple, de manera independiente y sin que sus artífices conocieran los trabajos de sus colegas. Algo muy familiar en la forma de trabajo de los científicos en las décadas de 1920 y 1930. Es decir, el magnetrón de cavidades resonantes fue "un invento simultáneo" en diferentes países, de forma independiente entre ellos. Sin embargo, en general se reconoce que Randall y Boot (científicos de la Universidad de Birmingham) construyeron la primera versión de alta potencia de este dispositivo que era fácilmente reproducible y adecuado para la producción en serie. Veamos brevemente la historia de esos 20 años.

2.1 El Magnetrón suizo

Uno de los magnetrones anterior al de Randall y Boot es verdaderamente chocante, por el país del que procede: Suiza. Fritz Lüdi, científico de la empresa electrotécnica suiza Brown, Boveri & Cie, comenzó a experimentar con un magnetrón para generar o.e.m. de frecuencias de microondas en 1936. En 1939 había desarrollado un oscilador que habría encantado a los ingenieros de Gran Bretaña o EE. UU., pues los elementos básicos los había descrito en un artículo publicado en 1937 y desarrollado en diversas patentes que se fueron registrando en la década de 1940. Lüdi continuó trabajando varios años en el dispositivo al que denominó Turbator, pero sin incorporarlo a un equipo de radar.

El magnetrón del Dr. Fritz Lüdi en Brown Boveri & Cie.

2.2 El magnetrón japonés

En Japón, el interés por el magnetrón de cavidades resonantes apareció a finales de la década de 1920, después de que el científico Kinjiro Okabe lograra obtener con él o.e.m. de una f = 2.5 GHz y poco tiempo después, de f = 5.4 GHz. Este trabajo causó un gran revuelo en EE. UU. cuando fue publicado en 1928.

En 1938, el oficial de la Marina Yoji Ito, el principal experto en electrónica de la Armada Imperial de Japón, junto con otros miembros de su equipo produjeron un primer magnetrón de ocho cavidades, que denominaron Tachibana ("mandarín"), que suministraba o.e.m. de 30 W a f = 5 GHz cm. En los siguientes diseños perfeccionó el dispositivo, que se convirtió en un bloque de cobre con cortes radiales, cuya forma se menciona claramente en los nombres que dieron a los nuevos dispositivos, en particular uno muy llamativo: "sol naciente cósmico". En abril de 1939, obtuvieron 500 W a f = 3 GHz, casi un año antes que se conociera el magnetrón de Randall y Boot. Por razones desconocidas aquello no prosperó.

Años después de la guerra, en abril de 1953, uno de los científicos del equipo, Shigeru Nakajima, descubrió con gran sorpresa el primer dispositivo de producción del magnetrón británico, el E-1188 en el Museo de Ciencias de Londres:

Después de la guerra, tuve la oportunidad de visitar el Museo de Ciencias de Londres, en abril de 1953 y me sorprendió mucho ver el magnetrón de cavidad inventado en 1940 por la Universidad de Birmingham...al examinar este magnetrón, las dimensiones de la cubierta de vidrio de vacío, el sistema de refrigeración por agua alrededor del ánodo y el mecanismo del ánodo me llamó la atención la similitud con el nuestro. ¡Al principio, no podía distinguirlo del magnetrón enfriado por agua que desarrollamos! Este es un buen ejemplo de un antiguo proverbio japonés que dice que "no hay diferencia en la inteligencia entre Oriente y Occidente"

Efectivamente, los japoneses tenían varios tipos de magnetrones, algunos de los cuales, al parecer, eran iguales o mejores que los primeros equipos británicos. El sistema militar japonés, sin embargo, no entendía completamente el valor de la tecnología electrónica y no explotaron el dispositivo, lo que tuvo consecuencias nefastas para ellos durante la guerra.

2.3 El magnetrón en la URSS

El desarrollo del radar en la U.R.S.S. se vio limitado por numerosos factores, que podemos calificar de típicamente "soviéticos": la falta de interés en este instrumento por parte del alto mando del ejército, el desconocimiento de su posible utilidad en el campo de batalla y el envío de excelentes ingenieros de radar al Gulag durante las purgas de finales de la década de 1930. Debido a estas extraordinarias circunstancias, o a pesar de ellas, ocurrió lo que sin duda es uno de los incidentes más desconcertantes en la historia del radar. En abril de 1940, cuando el magnetrón de cavidad era el secreto militar más preciado de Gran Bretaña, cuando unos pocos meses después viajó a EE. UU. en una misión ultrasecreta (la Misión Tizard), cuando se consideró al magnetrón como el cargamento científico más valioso que jamás había llegado a EE. UU. hasta ese momento, cuando ese país se preparaba para abrir el Radiation Laboratory, dedicado casi en exclusiva a explotar sus propiedades, ¡dos ingenieros soviéticos publicaron una descripción completa del mismo en una revista científica de acceso libre!.

Esquema del magnetrón de Alekseev y Malairov, tal y como lo recogieron en el artículo publicado en la revista soviética Journal of Technical Physics

Durante 1936 y 1937, N.F. Alekseev y D.D. Malairov produjeron una serie de magnetrones de cavidad como parte de un proyecto para construir un radar de guía de armas antiaéreas. Por la razón que sea –podemos suponer que la falta de interés hacia los magnetrones–, fue posible la publicación del artículo. El documento es una descripción completa de los elementos del magnetrón de cavidades resonantes. No es necesario saber ruso: se puede leer traducido al inglés en un artículo publicado en 1944.

2.4 Magnetrón en Alemania

Se ha especulado con la idea de si realmente se conocía este dispositivo en Alemania en los años anteriores a la guerra. La respuesta es un rotundo sí y esta viene de la mano de Hans Erich Hollmann, un prolífico inventor (tuvo más de 300 patentes) y especialista en la tecnología de microondas, muy incipiente en aquellos años. Hollmann diseñó algunos de los equipos radar de Alemania más exitosos (Freya y Würzburg, que veremos otro artículo) y es considerado como el padre de la ciencia y la ingeniería de las microondas. Pues bien, Hollmann patentó en EE. UU. (patente US 2.123.728 A, fecha de solicitud: 27-noviembre-1936, fecha de concesión: 12-julio-1938) y en una fecha anterior al magnetrón de Randall-Boot, un dispositivo que era un magnetrón de cuatro cavidades, según se puede ver en la siguiente figura:

Figuras de la patente de Hollmann para un magnetrón de cuatro cavidades

Las razones de por qué este diseño no se concretó en un dispositivo industrial no son del todo conocidas, pero entre los científicos de radar alemanes de aquellos años se tenía la errónea idea de que las microondas eran inviables para poder hacer emisores de gran potencia.

Así pues, antes del magnetrón británico, que cambió el curso de diversas campañas de la Segunda Guerra Mundial, hubo múltiples nacimientos exitosos de ese dispositivo. En el próximo artículo veremos, ahora sí, la historia del magnetrón británico.