Russell comenzó a trabajar más con Sigurd cuando volvieron sus ansias por inventar. Los hermanos tenían muy diferentes estilos de trabajo. Russell se acercaba a menudo a un problema de manera intuitiva, mientras que Sigurd era más diestro en la mejora de un producto existente con su talento mecánico. Cuando Sigurd se veia obstaculizado por un problema, él acudía a Russell, que entonces pensaba en el problema y sugería ideas para hacer que funcione.
En 1937, en el cuaderno de Russell una idea para el uso de señales de muy alta frecuencia para la detección de aviones y para la búsqueda de direcciones.A partir de este vino la idea para la klystron tubo, un tubo de microondas que en última instancia, ser la base de radar. Russell considera que el sistema que ideó funciona, pero necesitan apoyo financiero y de otra para hacer el sueño una realidad. Sigurd acercó a la Universidad de Stanford y pidió permiso para usar el departamento de física de los equipos y de consultar con los miembros del departamento sobre el tubo de Russell. Se firmó un acuerdo con Stanford en abril de 1937, y el trabajo en la invención comenzó en serio. En agosto, el modelo A klystron prototipo se había elaborado. En octubre de ese año, se había presentado una patente. El 5 de junio de 1937, Russell propone el concepto que con el tiempo se convirtió en el tubo klystron. El dispositivo que se suponía iba a amplificar las señales de microondas. Con $ 100 para suministros concedidos por Stanford, Sigurd lo construyó.
El dispositivo es sencillo. Un filamento calentado por una corriente eléctrica, a su vez, se calienta un cátodo. Un recubrimiento especial en el cátodo despedía electrones cuando llega a una temperatura suficientemente alta. Negativamente cargado de electrones atraídos por un ánodo cargado positivamente pasan por la primera cavidad de la klystron. Las microondas en la cavidad interactuan con los electrones y pasan por un paso estrecho del tubo llamado la deriva. En la deriva del tubo, los electrones tienden a amontonarse: algunos acelerado, algunos más lento. En el lugar de la deriva donde la acumulación es más pronunciada, los electrones entran en una segunda cavidad, en donde es excitan microondas de manera amplificada.
Russell Varian y Hansen desarrollaron la base teórica de los klystron, una novedosa aplicación del principio de la modulación de amplitud de un haz de electrones. Sigurd Varian construyó el mecanismo. El primer dispositivo klystron se iluminaba en la noche del 19 de agosto de 1937. La ejecución fue marginal, pero confirmó la teoría del dispositivo. La mejora klystron se completó y pruebó y el 30 de agosto. Los Varian publicaron los resultados de su descubrimiento en el Journal of Applied Physics.
La investigación continuó y trabajo en otros modelos del klystron. Otros se sumaron a los investigadores en el trabajo, incluido Edward Ginzton, entonces un estudiante graduado en Stanford. Sperry Gyroscope Company negoció un contrato con los de Stanford para respaldar la investigación a cambio de los derechos de patente exclusivos. Se siguió trabajando en el klystron en diversos cargos durante los años de la Segunda Guerra Mundial, con los hermanos Varian, Ginzton, y un contingente de los investigadores de Stanford eventualmente para pasar a la Sperry Laboratories en Long Island, NY. Por razones que nunca han sido claras, su anuncio inmediatamente impresionó a científicos británicos que trabajaban en el mismo campo, siendo casi totalmente ignorada por los alemanes. El desarrollo de la klystron permitió a investigadores británicos y americanos construir más pequeños, más fiables los sistemas de radar. El desarrollo del Klystron se llevó en paralelo en Inglaterra en el magnetrón. Armado con el magnetrón y klystron, científicos británicos y estadounidenses llevaron a punto el radar, un elemento clave para ganar la batalla de Bretaña. Así valiosos fueron los dispositivos que el secreto británico decidió no poner en el radar de los aviones que volaron más de la Europa ocupada no sea que uno de ellos choque, y los detalles de los componentes se fueran a descubrir. El desarrollo del Klystron en la época de la guerra se basa en el desarrollo de Sperry Gyroscope, la planta en Long Island, Nueva York. Después de la guerra terminó, los hermanos y allegados, el profesor WW Hansen, Leonard I. Schiff y Edward L. Ginzton, se trasladaron a la Península.
En enero de 1948, habían rumores de que varios colegas de Sigurd y Russell dejaban Sperry. El momento era crucial. A pesar del fin de la Segunda Guerra Mundial, la Guerra Fría y las tensiones provocaron una continua acumulación militar, el ejército estaba solicitando propuestas de desarrollo. Sigurd se dio cuenta de que este sería un momento ideal para poner en marcha la empresa. Tendrán que presentar las ofertas en mayo. Muchas de las grandes decisiones sobre la empresa se habían hecho antes; lo que quedaba era idear un nombre. El nombre Varian era muy conocido debido al klystron, y la palabra "asociados", se añadió al incluir los otros que eran importantes para la empresa. El 20 de abril de 1949, los documentos de incorporación se presentaron en California, y Varian Associates nació. Sigurd fue nombrado presidente de la junta directiva, y Russell fue nombrado presidente.
La empresa estaba ubicada inicialmente en San Carlos, pero más tarde se convirtió en la primera compañía en entrar en el Parque Industrial de Stanford. Russell y Sigurd Varian fueron co-fundadores en 1948 de Varian Associates, la primera empresa en ocupar un lugar en el Parque Industrial de Stanford, la "tierra de desove" de Silicon Valley. Desde el inicio de Varian Associates en 1949, la empresa tenía dos focos: klystrons militares y la utilización comercial y de los dispositivos de RMN. Para la Universidad de Stanford, el klystron representa una de sus mejores inversiones: $ 100 en la capital y el uso de una pequeña sala de laboratorio, fueron convertidos en 2,56 millones de dólares en derechos de licencia antes de que las patentes caducaran en la década de 1970, tres grandes edificios del campus y cientos de miles de dólares en la financiación de la investigación.
Las invenciones de la Varian tuvieron impacto en lo militar, médico y de los sistemas electrónicos industriales, y se estableció su compañía para el largo plazo. El klystron ha desempeñado un papel importante en el desarrollo de la industria de microondas, y que hoy es utilizada en muy diversas aplicaciones, que van desde la televisión de UHF a la Free-Electron Laser. Hoy, Varian produce CAT scanners y otros sofisticados dispositivos electrónicos de las oficinas en Palo Alto, California, Texas y Massachusetts.
Russell Varian también inventó un magnetómetro que se utilizó para la medición del campo magnético terrestre por el satélite Vanguard. Él también encendió las aplicaciones de la invención de Hansen espectroscopios, magnetómetros y el acelerador lineal de electrones.
Compartir un profundo sentido de responsabilidad a sus asociados, Varian fue pionera en la participación en los beneficios, un balance de la propiedad, seguros, y planes de jubilación para los empleados mucho antes de estos beneficios se convirtieran en obligación. Russell fue miembro de la Comisión de Conservación de Sierra Club y, poco antes de su muerte, tomó medidas para adquirir tierras en el nombre de Sierra Club, para lo que ahora se conoce como el Castillo de Rock State Park. El "VA" en Vallco significa Varian Associates, que compró parte de la tierra que alberga en la actualidad a Vallco Fashion Park, Hewlett-Packard, Tandem y otros negocios.
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