Аргонн раньше управлял меньшим учреждением под названием Аргоннская национальная лаборатория-Запад (или просто Аргонн-Запад) в Айдахо рядом с Национальной инженерно-экологической лабораторией Айдахо. В 2005 году две лаборатории в Айдахо объединились и образовали Национальную лабораторию Айдахо . [6]
Как заявила лаборатория в 2022 году, у Аргонны пять направлений деятельности, включая научные открытия в области физических наук и наук о жизни; исследования в области энергетики и климата; глобальные достижения в области безопасности для защиты общества; действующие исследовательские центры, которые поддерживают тысячи ученых и инженеров со всего мира; и развитие научно-технической рабочей силы. [7]
История
Происхождение
Аргоннская лаборатория началась в 1942 году как Металлургическая лаборатория , являвшаяся частью Манхэттенского проекта Чикагского университета . Met Lab построила Chicago Pile-1 , первый в мире ядерный реактор , под трибунами спортивного стадиона Чикагского университета. В 1943 году CP-1 был реконструирован как CP-2 в Аргоннском лесу , лесном заповеднике недалеко от Чикаго. Построенные здесь лабораторные установки стали известны как Зона А.
1 июля 1946 года «Металлургическая лаборатория» была официально переименована в Аргоннскую национальную лабораторию для «совместных исследований в области нуклеоники». По запросу Комиссии по атомной энергии США он начал разработку ядерных реакторов для национальной программы мирной ядерной энергетики. В конце 1940-х и начале 1950-х годов лаборатория переехала на запад, в более крупное место в некорпоративном округе ДюПейдж , и основала удаленное место в Айдахо , названное «Аргонн-Вест», для проведения дальнейших ядерных исследований.
Знания, полученные в результате Аргоннских экспериментов, легли в основу конструкции большинства коммерческих реакторов, используемых во всем мире для производства электроэнергии, а также послужили основой для разработки текущих конструкций жидкометаллических реакторов для будущих электростанций.
Однако не все ядерные технологии пошли на разработку реакторов. Разрабатывая сканер топливных элементов реактора в 1957 году, аргоннский физик Уильям Нельсон Бек сунул свою руку внутрь сканера и получил одно из первых ультразвуковых изображений человеческого тела. [8] Дистанционные манипуляторы, предназначенные для работы с радиоактивными материалами, заложили основу для более сложных машин, используемых для очистки загрязненных территорий, закрытых лабораторий или пещер. [9]
Помимо ядерных работ, лаборатория выполняла фундаментальные исследования в области физики и химии . В 1955 году аргоннские химики совместно открыли элементы эйнштейний и фермий , элементы 99 и 100 в таблице Менделеева . [10]
В 1962 году химики из Аргонны произвели первое соединение инертного благородного газа ксенона , открыв новую область исследований химической связи. [11] В 1963 году они открыли гидратированный электрон . [12]
В 1964 году был открыт реактор «Янус» для изучения воздействия нейтронного излучения на биологическую жизнь, что позволило разработать рекомендации по безопасным уровням воздействия для рабочих электростанций, лабораторий и больниц. [14] Ученые из Аргонны впервые разработали метод анализа поверхности Луны с использованием альфа-излучения , который был запущен на борту корабля « Сервейер-5» [15] в 1967 году, а затем проанализировали лунные образцы миссии «Аполлон-11» .
Эксперименты в области ядерной инженерии в это время включали Экспериментальный реактор с кипящей водой , предшественник многих современных атомных электростанций, и Экспериментальный реактор-размножитель II (EBR-II), который имел натриевое охлаждение и включал установку по переработке топлива. Позднее EBR-II был модифицирован для испытаний других конструкций реакторов, в том числе реактора на быстрых нейтронах , а в 1982 году — концепции Интегрального быстрого реактора — революционной конструкции, которая перерабатывала собственное топливо, сокращала количество атомных отходов и выдерживала испытания на безопасность при таких же неудачах. Это спровоцировало катастрофы в Чернобыле и на Три-Майл-Айленде . [17] Однако в 1994 году Конгресс США прекратил финансирование большей части ядерных программ Аргонны.
Аргонн перешел к специализации в других областях, одновременно используя свой опыт в области физики, химии и металлургии . В 1987 году лаборатория первой успешно продемонстрировала новаторский метод, называемый плазменным ускорением кильватерного поля , который ускоряет частицы на гораздо более короткие расстояния, чем обычные ускорители. [18] Компания также разработала мощную программу исследований аккумуляторов .
После серьезного настояния тогдашнего директора Алана Шрисхайма лаборатория была выбрана в качестве места для размещения Усовершенствованного источника фотонов , крупной рентгеновской установки, строительство которой было завершено в 1995 году и производило самые яркие рентгеновские лучи в мире на момент своего открытия. строительство.
Видео Министерства энергетики о IVN-Тандеме в Аргоннской национальной лаборатории.
С 1995 года
Лаборатория продолжала развиваться как центр энергетических исследований, а также как площадка для научных учреждений, слишком больших для размещения в университетах.
В начале 2000-х годов был основан Argonne Leadership Computing Facility, в котором размещалось несколько суперкомпьютеров , некоторые из которых на момент постройки входили в десятку самых мощных в мире. Лаборатория также построила Центр наноразмерных материалов для проведения исследований материалов на атомном уровне; и значительно расширила свои программы исследований аккумуляторов и квантовых технологий. [19]
В марте 2019 года Chicago Tribune сообщила, что в лаборатории создается самый мощный суперкомпьютер в мире. Его стоимость составит 500 миллионов долларов, а вычислительная мощность составит 1 квинтиллион FLOPS . Приложения будут включать в себя анализ звезд и улучшение электросети. [20]
Науки о жестком рентгеновском излучении : В Аргонне находится один из крупнейших в мире источников света высокой энергии: усовершенствованный источник фотонов (APS). Каждый год ученые делают тысячи открытий, используя APS для характеристики как органических , так и неорганических материалов и даже процессов, например, как топливные форсунки транспортных средств распыляют бензин в двигателях. [21]
Лидерские вычисления : Аргонн имеет один из самых быстрых компьютеров для открытой науки и разработал системное программное обеспечение для этих огромных машин. Аргонн работает над развитием лидерских вычислений от петамасштабных до эксамасштабных , разрабатывает новые коды и вычислительные среды, а также расширяет вычислительные усилия для решения научных задач. Например, в октябре 2009 года лаборатория объявила, что приступит к реализации совместного проекта по изучению облачных вычислений в научных целях. [22] В 1970-х годах Аргонн перевел программы числовой линейной алгебры Numerische Mathematik с АЛГОЛА на Фортран , и эта библиотека была расширена до LINPACK и EISPACK Кливом Молером и др.
Материалы для энергетики : ученые Аргонны работают над прогнозированием, пониманием и контролем, где и как разместить отдельные атомы и молекулы для достижения желаемых свойств материала. Среди других инноваций ученые из Аргонны помогли разработать ледяную суспензию для охлаждения органов жертв сердечного приступа, [23] описали, что делает алмазы скользкими на наноуровне , [24] и обнаружили суперизоляционный материал, который более полно противостоит потоку электрического тока. чем любой другой предыдущий материал. [25]
Хранение электрической энергии : Аргонн разрабатывает батареи для электротранспорта и энергосистемы для хранения прерывистых источников энергии , таких как ветер или солнечная энергия , а также производственные процессы, необходимые для этих материалоемких систем. Лаборатория занимается исследованиями и разработками передовых аккумуляторных материалов уже более 50 лет. [26] В последние 10 лет лаборатория сосредоточила свое внимание на литий-ионных батареях , а в сентябре 2009 года она объявила об инициативе по исследованию и улучшению их возможностей. [27] В Аргонне также имеется независимая лаборатория по тестированию аккумуляторов, которая тестирует образцы аккумуляторов как государственного, так и частного сектора, чтобы увидеть, насколько хорошо они работают с течением времени, а также в условиях жары и холода. [28]
Альтернативная энергия и эффективность : Аргонн разрабатывает как химическое , так и биологическое топливо , адаптированное для современных двигателей, а также улучшенные схемы сгорания для будущих технологий двигателей. Лаборатория также рекомендовала лучшие методы экономии топлива; например, исследование, в котором рекомендовалось устанавливать дополнительные обогреватели кабины грузовиков вместо работы двигателя на холостом ходу. [29] Между тем, программа исследований солнечной энергии фокусируется на солнечном топливе и солнечно-электрических устройствах и системах, которые являются масштабируемыми и экономически конкурентоспособными с ископаемыми источниками энергии. [30] Ученые из Аргонна также изучают передовой опыт создания интеллектуальной сети , моделируя потоки электроэнергии между коммунальными предприятиями и домами, а также исследуя технологии интерфейсов. [31]
Ядерная энергетика : Аргонн создает передовые технологии реакторов и топливного цикла , которые обеспечивают безопасное и устойчивое производство ядерной энергии . Ученые из Аргонна разрабатывают и проверяют вычислительные модели и симуляции ядерных реакторов будущего поколения . [32] Другой проект изучает, как перерабатывать отработанное ядерное топливо , чтобы количество отходов сократилось до 90%. [33]
Биологические и экологические системы . Понимание местных последствий изменения климата требует интеграции взаимодействия между окружающей средой и деятельностью человека. Ученые Аргонны изучают эти взаимоотношения от молекулы к организму и экосистеме. Программы включают биоремедиацию с использованием деревьев для удаления загрязняющих веществ из грунтовых вод ; [34] биочипы для раннего выявления рака; [35] проект по воздействию на раковые клетки с использованием наночастиц ; [36] метагеномика почв ; и пользовательский объект для исследовательского проекта по измерению атмосферной радиации, связанного с изменением климата . [37]
Национальная безопасность : Аргонн разрабатывает технологии безопасности, которые предотвратят и смягчат события, потенциально способные привести к массовым разрушениям или разрушениям. К ним относятся датчики, которые могут обнаруживать химические, биологические, ядерные и взрывчатые материалы; [38] портативные аппараты терагерцового излучения («Т-лучи»), которые легче обнаруживают опасные материалы, чем рентгеновские лучи в аэропортах; [39] а также отслеживание и моделирование возможных путей попадания химикатов в метро. [40]
Аргонн строит и обслуживает научные объекты, строительство и эксплуатация которых было бы слишком дорого для одной компании или университета. Эти объекты используются учеными из Аргонны, частными предприятиями, научными кругами, другими национальными лабораториями и международными научными организациями.
Центр наноразмерных материалов (CNM): пользовательский центр, расположенный на APS, который предоставляет инфраструктуру и инструменты для изучения нанотехнологий и наноматериалов . CNM является одним из пяти центров наномасштабных научных исследований Министерства энергетики США. [42]
Аргоннский вычислительный центр для лидеров (ALCF): Центр для пользователей Управления науки Министерства энергетики США, который предоставляет исследовательскому сообществу суперкомпьютерные ресурсы для обеспечения прорывов в науке и технике.
Центры
Центр перспективных материалов для систем энергетики и воды [44] (AMEWS) — это центр передовых энергетических исследований, спонсируемый Министерством энергетики США. Под руководством Аргоннской национальной лаборатории и при участии Чикагского университета и Северо-Западного университета в качестве партнеров компания AMEWS работает над решением проблем, существующих на границе раздела воды и материалов, составляющих системы, которые обрабатывают, обрабатывают и очищают воду.
Центр электронной микроскопии (EMC): один из трех научных пользовательских центров, поддерживаемых Министерством энергетики США, для микрохарактеризации электронным лучом. EMC проводит in situ исследования преобразований и дефектных процессов, модификации ионным пучком и эффектов облучения, сверхпроводников, сегнетоэлектриков и интерфейсов. Его электронный микроскоп среднего напряжения, соединенный с ускорителем, представляет собой единственную подобную систему в Соединенных Штатах. [45]
Биологический центр (SBC): SBC — это пользовательский центр, расположенный рядом с рентгеновским центром Advanced Photon Source, который специализируется на макромолекулярной кристаллографии . Пользователи имеют доступ к устройству для введения, изгибающему магниту и биохимической лаборатории. Лучи SBC часто используются для картирования кристаллических структур белков ; В прошлом пользователи получали изображения белков сибирской язвы , бактерий, вызывающих менингит , сальмонеллы и других патогенных бактерий . [46]
Объединенный центр исследований в области хранения энергии (JCESR) — это консорциум нескольких национальных лабораторий, академических учреждений и промышленных партнеров, базирующийся в Аргоннской национальной лаборатории. Миссия JCESR — проектировать и создавать преобразующие материалы, позволяющие создавать батареи следующего поколения , удовлетворяющие всем показателям производительности для конкретного применения. [47] [48]
В лаборатории находится штаб-квартира Интегрированного центра вычислительных материалов Среднего Запада (MICCoM). MICCoM разрабатывает и распространяет совместимое программное обеспечение с открытым исходным кодом , данные и процедуры проверки для моделирования и прогнозирования свойств функциональных материалов для процессов преобразования энергии . [49] [50]
Центр ReCell — это национальное сотрудничество промышленности, научных кругов и национальных лабораторий под руководством Аргоннской национальной лаборатории, работающее над развитием технологий переработки на протяжении всего жизненного цикла аккумуляторов. Центр стремится развивать устойчивую передовую индустрию переработки аккумуляторов путем разработки экономичных и экологически безопасных процессов переработки, которые могут быть приняты промышленностью для производства литий-ионных и будущих аккумуляторов.
Образовательная и общественная работа
Студент осматривает гироскопическое колесо Аргонны на Дне открытых дверей.
Аргонн приглашает всех представителей общественности в возрасте от 16 лет и старше на экскурсии по научным и инженерным объектам и территориям. Для детей до 16 лет Аргонн предлагает практические занятия, подходящие для экскурсий от K до 12 лет и скаутских походов. Лаборатория также проводит образовательную и инженерную работу для школ в окрестностях.
Аргоннские ученые и инженеры ежегодно принимают участие в обучении около 1000 аспирантов колледжей и постдокторантов в рамках своей научно-исследовательской деятельности.
Директора
За всю историю Аргоннского директора на посту директора занимали 13 человек:
Значительные части фильма о погоне 1996 года « Цепная реакция» были сняты в кольцевой комнате синхротрона с нулевым градиентом и в бывшей лаборатории демонстратора непрерывного действия дейтерия. [52]
^ «Аргонна: в цифрах». Аргоннская национальная лаборатория. 2020 . Проверено 1 июня 2023 г.
^ «Главный государственный список научно-исследовательских центров, финансируемых из федерального бюджета | NCSES | NSF» . www.nsf.gov . Проверено 8 марта 2023 г.
^ «О компании | UChicago Argonne LLC» . www.uchicagoargonnellc.org . Проверено 8 марта 2023 г.
^ Холл, Хьюлетт и Харрис, страница xx (Введение).
^ «Реакторы, разработанные Аргоннской национальной лабораторией» . Отдел ядерной инженерии Аргоннской национальной лаборатории . Проверено 22 мая 2023 г.
^ Менсер, Пол. «Наведение порядка и планирование будущего в INL». Почтовая регистрация . Айдахо-Фолс, штат Айдахо. Архивировано из оригинала 13 ноября 2013 г.
^ «Наш путь вперед». Аргоннская национальная лаборатория . Проверено 22 мая 2023 г.
^ «Уильям Нельсон «Нельс» Бек: работа физика Джолиет изменила мир медицины». CityofJoliet.com. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 г. Проверено 4 февраля 2010 г.
^ Холл, Хьюлетт и Харрис, стр. 126.
^ Холл, Хьюлетт и Харрис, стр. 179.
^ Холл, Хьюлетт и Харрис, стр. 226.
^ «История Аргонны: инновации и интуиция». Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Проверено 4 февраля 2010 г.
^ Патель, стр. 23.
^ «Исследования помогают защитить атомщиков во всем мире» . Аргоннская национальная лаборатория.
^ Якобсен, Салли (декабрь 1971 г.). «Попадание на борт «Викинга: на марсианском корабле нет места».
^ «Об АТЛАСЕ». Аргоннская национальная лаборатория . Проверено 22 мая 2023 г.
^ «Линия фронта: ядерная реакция: интервью с доктором Чарльзом Тиллем». ПБС.
^ «История Аргонны: понимание физической Вселенной». Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 9 сентября 2004 года.
^ «Наша история». Аргоннская национальная лаборатория . Проверено 22 мая 2023 г.
↑ Маротти, Элли (18 марта 2019 г.). «Самый быстрый компьютер в мире строится в 25 милях от Чикаго. Его зовут Аврора». Чикаго Трибьюн .
^ «Новая рентгеновская техника может привести к созданию лучших и более чистых топливных форсунок для автомобилей» . Аргоннская национальная лаборатория. 19 февраля 2008 г.
^ «Министерство энергетики будет исследовать научные облачные вычисления в Аргонне, национальные лаборатории Лоуренса Беркли» . Аргоннская национальная лаборатория. 14 октября 2009 г.
^ Гупта, Маня (10 ноября 2009 г.). «Медицинская помощь на льду». Отчеты Медилла. Архивировано из оригинала 30 сентября 2011 г.
↑ Университет Пенсильвании (25 июня 2008 г.). «Инженеры раскрывают, что делает алмазы скользкими на наноуровне». ScienceDaily .
^ «Недавно обнаруженные« суперизоляторы » обещают изменить исследования материалов и дизайн электроники» . Аргоннская национальная лаборатория. 04 апреля 2008 г. Архивировано из оригинала 26 августа 2009 г.
^ «Создание лучших батарей» . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Проверено 13 декабря 2009 г.
^ «Аргонн открывает новую главу в исследованиях аккумуляторов: Li-Air» . Аргоннская национальная лаборатория. 15 сентября 2009 г.
^ «Центр тестирования аккумуляторов» . Аргоннская национальная лаборатория, Транспортный центр. Архивировано из оригинала 26 августа 2011 г. Проверено 13 декабря 2009 г.
^ Ливитт, Венди (1 августа 1998 г.). «Не просто пустословие». Владелец флота.
^ «Аргонна, Северо-Западный регион ищет ОТВЕТ на проблемы солнечной энергетики» . Аргоннская национальная лаборатория. 08 мая 2007 г.
^ «Исследование сетей: сделать сеть умнее» . Аргоннский национальный лабораторный транспортный центр. 01 августа 2009 г. Архивировано из оригинала 12 сентября 2015 г. Проверено 14 декабря 2009 г.
^ «Внедрение нового в атомную энергетику» . Журнал Аргоннской национальной лаборатории. Осень 2009 года.
^ «Делаем невозможное: переработка ядерных отходов». Научный канал. Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г. Проверено 10 июня 2013 г.
^ «Аргонн очищает заброшенные территории [видео]» . Сеть CleanSkies. 10 ноября 2009 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2009 г.
^ «Биочипы могут обнаружить рак до того, как разовьются симптомы» . Аргоннская национальная лаборатория. 09.05.2008.
↑ Ван, Энн (2 декабря 2009 г.). «Магнитные микродиски нацелены и инициируют гибель клеток в опухолях». Информационный бюллетень Джонса Хопкинса.
^ «Финансирование ARRA, чтобы помочь ученым лучше понять изменение климата» . Аргоннская национальная лаборатория. 08.12.2009.
^ «Новая сенсорная технология обнаруживает химические, биологические, ядерные и взрывчатые материалы» . Аргоннская национальная лаборатория. 21 марта 2006 г.
^ «Новый источник рентгеновского излучения может улучшить безопасность в аэропортах и выявить рак» . Аргоннская национальная лаборатория. 23 ноября 2007 г.
^ Санисло, Мари (6 декабря 2009 г.). «MBTA готовится к биологическому теракту». Бостон Геральд .
^ "Аргонн об АПС" . Архивировано из оригинала 26 сентября 2009 года.
^ Центры наномасштабных научных исследований Министерства энергетики. Архивировано 8 декабря 2009 г. в Wayback Machine.
^ "Аргоннский физический отдел - АТЛАС" . www.phy.anl.gov . Проверено 20 июня 2018 г.
^ «Центр передовых материалов для энергетических и водных систем». www.anl.gov . Аргоннская национальная лаборатория . Проверено 10 ноября 2021 г.
^ «О ЭМС». Архивировано из оригинала 6 сентября 2017 года . Проверено 20 июня 2018 г.
^ «MCSG вносит свою 1000-ю структуру белка в банк данных белков» . AZoNano.com . 27 июля 2009 года . Проверено 20 июня 2018 г.
^ "Список публикаций Объединенного центра исследований в области хранения энергии" . www.jcesr.org/publications/published-papers .
^ «Объединенный центр исследований в области хранения энергии». www.jcesr.org . Проверено 20 июня 2018 г.
^ «Министерство энергетики создает новый Центр вычислительных материалов в Аргонне» . 2 октября 2015 г. Проверено 28 января 2019 г.
^ "Миссия MICCom" . Проверено 28 января 2019 г.
^ "Пол К. Кернс | Аргоннская национальная лаборатория" . www.anl.gov . Проверено 26 февраля 2019 г.
^ «Аргонн купается во внимании к юбилею, фильм» . 17 сентября 1996 года . Проверено 20 июня 2018 г.
