Ранее Аргонн управлял меньшим учреждением под названием Argonne National Laboratory-West (или просто Argonne-West) в Айдахо рядом с Idaho National Engineering and Environmental Laboratory. В 2005 году две лаборатории, базирующиеся в Айдахо, объединились в Idaho National Laboratory . [6]
В 2022 году лаборатория Аргонна заявила о пяти основных направлениях своей деятельности: научные открытия в области физических и биологических наук; исследования в области энергетики и климата; достижения в области глобальной безопасности для защиты общества; эксплуатация исследовательских центров, которые поддерживают тысячи ученых и инженеров со всего мира; и развитие научных и технологических кадров. [7]
История
Происхождение
Аргоннский университет начал свою деятельность в 1942 году как Металлургическая лаборатория , часть 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 за пределами Чикаго. Построенные здесь лабораторные помещения стали известны как Site A.
1 июля 1946 года участок A «Металлургической лаборатории» был официально переименован в Аргоннскую национальную лабораторию для «совместных исследований в области нуклеоники». По просьбе Комиссии по атомной энергии США она начала разрабатывать ядерные реакторы для мирной программы ядерной энергетики страны. 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.
Ранние исследования
Ранние усилия лаборатории были сосредоточены на разработке конструкций и материалов для производства электроэнергии с помощью ядерных реакций. Лаборатория спроектировала и построила Chicago Pile 3 (1944), первый в мире реактор с тяжеловодным замедлителем , и Experimental Breeder Reactor I (Chicago Pile 4) в Айдахо, который зажег цепочку из четырех лампочек с первой в мире атомной электроэнергией в 1951 году. Реактор электростанции BWR , который сейчас является вторым по популярности проектом в мире, появился в результате экспериментов BORAX .
Знания, полученные в ходе экспериментов в Аргонне, легли в основу конструкций большинства коммерческих реакторов, используемых во всем мире для производства электроэнергии, а также легли в основу современных разработок жидкометаллических реакторов для будущих электростанций.
Однако не все ядерные технологии пошли на разработку реакторов. При проектировании сканера для топливных элементов реактора в 1957 году аргоннский физик Уильям Нельсон Бек поместил 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, запечатанных лабораторий или пещер. [9]
В дополнение к ядерным работам лаборатория проводила фундаментальные исследования в области физики и химии . В 1955 году химики из Аргонна совместно открыли элементы эйнштейний и фермий , элементы 99 и 100 в периодической таблице . [10]
В 1962 году химики из Аргонна получили первое соединение инертного благородного газа ксенона , открыв новую область исследований химических связей. [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 провести исследования для разработки рекомендаций по безопасным уровням воздействия для работников электростанций, лабораторий и больниц. [14] Ученые из Аргонна первыми разработали метод анализа поверхности Луны с использованием альфа-излучения , который был запущен на борту Surveyor 5 [15] в 1967 году, а затем проанализировали лунные образцы, полученные в ходе миссии Apollo 11 .
Эксперименты в области ядерной инженерии в это время включали экспериментальный кипящий реактор , предшественник многих современных атомных электростанций, и экспериментальный реактор-размножитель II (EBR-II), который охлаждался натрием и включал установку по переработке топлива. EBR-II позже был модифицирован для тестирования других конструкций реакторов, включая реактор на быстрых нейтронах , а в 1982 году — концепцию интегрального быстрого реактора — революционную конструкцию, которая перерабатывала собственное топливо, сокращала количество атомных отходов и выдерживала испытания на безопасность тех же отказов, которые привели к катастрофам в Чернобыле и Три-Майл-Айленде . [17] Однако в 1994 году Конгресс США прекратил финансирование большей части ядерных программ Аргонна.
Аргоннский университет перешел к специализации в других областях, используя при этом свой опыт в физике, химических науках и металлургии . В 1987 году лаборатория первой успешно продемонстрировала новаторскую технологию, называемую плазменнным кильватерным ускорением , которая ускоряет частицы на гораздо более коротких расстояниях, чем обычные ускорители. [18] Она также разработала сильную программу исследований аккумуляторов .
Благодаря активной поддержке тогдашнего директора Алана Шрисхайма лаборатория была выбрана местом расположения усовершенствованного источника фотонов — крупной рентгеновской установки, строительство которой было завершено в 1995 году и которая на момент своего строительства производила самые яркие рентгеновские лучи в мире.
Видеоролик Министерства энергетики о IVN-Tandem в Аргоннской национальной лаборатории.
С 1995 года
Лаборатория продолжала развиваться как центр энергетических исследований, а также как площадка для научных установок, 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 входили в десятку самых мощных в мире на момент их создания. Лаборатория также построила Центр наноразмерных материалов для проведения исследований материалов на атомном уровне и значительно расширила свои программы по исследованию аккумуляторов и квантовых технологий. [19]
Chicago Tribune сообщила в марте 2019 года, что лаборатория строит самый мощный в мире суперкомпьютер. Стоимостью 500 миллионов долларов, он будет иметь вычислительную мощность 1 квинтиллион FLOPS . Приложения будут включать анализ звезд и усовершенствования в энергосистеме. [20]
Науки о жестком рентгеновском излучении : Аргонн является домом для одного из крупнейших в мире источников света высокой энергии: Advanced Photon Source (APS). Каждый год ученые делают тысячи открытий, используя APS для характеристики как органических , так и неорганических материалов и даже процессов, таких как то, как инжекторы автомобильного топлива распыляют бензин в двигателях. [21]
Leadership Computing : Argonne поддерживает один из самых быстрых компьютеров для открытой науки и разработал системное программное обеспечение для этих массивных машин. Argonne работает над тем, чтобы стимулировать эволюцию Leadership Computing от петафлопсного до эксафлопсного масштаба , разрабатывать новые коды и вычислительные среды и расширять вычислительные усилия для решения научных задач. Например, в октябре 2009 года лаборатория объявила, что приступит к совместному проекту по исследованию облачных вычислений в научных целях. [22] В 1970-х годах Argonne перевел программы числовой линейной алгебры Numerische Mathematik с ALGOL на Fortran , и эта библиотека была расширена до LINPACK и EISPACK Кливом Молером и др.
Материалы для энергии : ученые Аргонна работают над тем, чтобы предсказать, понять и контролировать, где и как размещать отдельные атомы и молекулы для достижения желаемых свойств материала. Среди других инноваций ученые Аргонна помогли разработать ледяную суспензию для охлаждения органов жертв сердечного приступа, [23] описали, что делает алмазы скользкими на наноуровне , [24] и открыли суперизолирующий материал, который сопротивляется потоку электрического тока более полно, чем любой другой предыдущий материал. [25]
Хранение электроэнергии : Аргонн разрабатывает батареи для электротранспортной технологии и сетевого хранения для прерывистых источников энергии , таких как ветер или солнце , а также производственные процессы, необходимые для этих материалоемких систем. Лаборатория работает над передовыми исследованиями и разработками материалов для батарей более 50 лет. [26] В течение последних 10 лет лаборатория сосредоточилась на литий-ионных батареях , а в сентябре 2009 года она объявила об инициативе по исследованию и улучшению их возможностей. [27] Аргонн также поддерживает независимую испытательную лабораторию батарей, которая тестирует образцы батарей как из государственной, так и из частной промышленности, чтобы увидеть, насколько хорошо они работают с течением времени и в условиях высоких и низких температур. [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 практики для экономии топлива; например, исследование, которое рекомендовало установку дополнительных обогревателей кабины для грузовиков вместо работы двигателя вхолостую. [29] Между тем, программа исследований солнечной энергии фокусируется на солнечно-топливных и солнечно-электрических устройствах и системах, которые масштабируемы и экономически конкурентоспособны с ископаемыми источниками энергии. [30] Ученые Аргонн также изучают лучшие практики для интеллектуальной сети , как путем моделирования потока мощности между коммунальными службами и домами, так и путем исследования технологии для интерфейсов. [31]
Ядерная энергетика : Аргоннский университет разрабатывает передовые технологии реакторов и топливного цикла , которые обеспечивают безопасную и устойчивую генерацию ядерной энергии . Ученые Аргоннского университета разрабатывают и проверяют вычислительные модели и моделирование реакторов будущего поколения ядерных реакторов . [32] Другой проект изучает, как перерабатывать отработанное ядерное топливо , чтобы сократить отходы до 90%. [33]
Биологические и экологические системы : понимание локального эффекта изменения климата требует интеграции взаимодействий между окружающей средой и деятельностью человека. Ученые Аргонна изучают эти отношения от молекулы к организму и экосистеме. Программы включают биоремедиацию с использованием деревьев для извлечения загрязняющих веществ из грунтовых вод ; [34] биочипы для раннего обнаружения рака; [35] проект по выявлению раковых клеток с использованием наночастиц ; [36] метагеномика почвы ; и пользовательский объект для исследовательского проекта по измерению атмосферной радиации в области изменения климата . [37]
Национальная безопасность : Аргонн разрабатывает технологии безопасности, которые предотвращают и смягчают события с потенциалом массового разрушения или разрушения. К ним относятся датчики, которые могут обнаруживать химические, биологические, ядерные и взрывчатые материалы; [38] портативные машины терагерцового излучения («T-ray»), которые обнаруживают опасные материалы легче, чем рентгеновские лучи в аэропортах; [39] и отслеживание и моделирование возможных путей попадания химикатов в метро. [40]
Аргонн строит и поддерживает научные объекты, строительство и эксплуатация которых обошлись бы слишком дорого для одной компании или университета. Эти объекты используются учеными из Аргонн, частной промышленностью, академическими кругами, другими национальными лабораториями и международными научными организациями.
Центр наноразмерных материалов (CNM): пользовательское учреждение, расположенное на APS, которое предоставляет инфраструктуру и инструменты для изучения нанотехнологий и наноматериалов . CNM является одним из пяти научно-исследовательских центров наноразмерной науки Управления науки Министерства энергетики США. [42]
Argonne Leadership Computing Facility (ALCF): пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США, предоставляющий научно-исследовательскому сообществу суперкомпьютерные ресурсы для достижения прорывов в науке и технике.
Центры
Центр передовых материалов для систем «энергия-вода» [44] (AMEWS) — это исследовательский центр Energy Frontier, спонсируемый Министерством энергетики США. Под руководством Аргоннской национальной лаборатории и в партнерстве с Чикагским университетом и Северо-Западным университетом AMEWS работает над решением проблем, существующих на границе взаимодействия воды и материалов, из которых состоят системы, обрабатывающие, перерабатывающие и очищающие воду.
Центр электронной микроскопии (EMC): один из трех поддерживаемых DOE научных пользовательских объектов для микрохарактеризации электронного пучка. EMC проводит in situ исследования трансформаций и дефектных процессов, модификации ионного пучка и эффектов облучения, сверхпроводников, сегнетоэлектриков и интерфейсов. Его промежуточный электронный микроскоп, который соединен с ускорителем, представляет собой единственную такую систему в Соединенных Штатах. [45]
Биологический центр (SBC): SBC — это пользовательское учреждение, расположенное рядом с рентгеновским учреждением Advanced Photon Source, которое специализируется на макромолекулярной кристаллографии . Пользователи имеют доступ к устройству для вставки, изгибающему магниту и биохимической лаборатории. Каналы пучка SBC часто используются для картирования кристаллических структур белков ; в прошлом пользователи визуализировали белки 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 институтов и промышленных партнеров, базирующийся в Аргоннской национальной лаборатории. Миссия JCESR — проектировать и создавать преобразующие материалы, позволяющие создавать батареи следующего поколения , которые удовлетворяют всем показателям производительности для данного приложения. [47] [48]
В лаборатории располагается Midwest Integrated Center for Computational Materials (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]
ReCell Center — это национальное сотрудничество промышленности, академических кругов и национальных лабораторий под руководством Аргоннской национальной лаборатории, работающее над развитием технологий переработки на протяжении всего жизненного цикла аккумуляторов. Центр нацелен на развитие устойчивой передовой отрасли переработки аккумуляторов путем разработки экономичных и экологически безопасных процессов переработки, которые могут быть приняты промышленностью для литий-ионных и будущих химических составов аккумуляторов.
Образовательная и общественная деятельность
Студент осматривает гироколесо Аргонна на дне открытых дверей.
Аргонн приглашает всех членов общественности в возрасте 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 K–12. Лаборатория также проводит образовательные мероприятия по науке и инженерии для школ в окрестностях.
Ученые и инженеры Аргоннского университета ежегодно принимают участие в обучении около 1000 аспирантов и исследователей, имеющих докторскую степень, в рамках своей научно-исследовательской деятельности. [ необходима ссылка ]
Директора
За всю историю существования компании должность директора Аргоннского университета занимали 13 человек:
Значительные части фильма-погони 1996 года « Цепная реакция» были сняты в кольцевой комнате синхротрона с нулевым градиентом и бывшей лаборатории демонстрационного образца непрерывного излучения дейтерия. [52]
^ "Argonne: By the Numbers". Аргоннская национальная лаборатория. 2020. Получено 1 июня 2023 г.
^ "Главный правительственный список финансируемых из федерального бюджета научно-исследовательских центров | NCSES | NSF". www.nsf.gov . Получено 08.03.2023 .
^ "Реакторы, разработанные Аргоннской национальной лабораторией". Отдел ядерной инженерии Аргоннской национальной лаборатории . Получено 22 мая 2023 г.
^ Менсер, Пол. "Уборка дома и планирование будущего в INL". Post Register . Айдахо-Фолс, штат Айдахо. Архивировано из оригинала 2013-11-13.
^ «Наш путь вперед». Аргоннская национальная лаборатория . Получено 22 мая 2023 г.
^ "Уильям Нельсон "Нельс" Бек: работа физика из Джолиет изменила медицинский мир". CityofJoliet.com. Архивировано из оригинала 21-07-2011 . Получено 04-02-2010 .
↑ Холл, Хьюлетт и Харрис, стр. 126.
↑ Холл, Хьюлетт и Харрис, стр. 179.
↑ Холл, Хьюлетт и Харрис, стр. 226.
^ "История Аргонна: инновации и удача". Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 2010-05-27 . Получено 2010-02-04 .
^ Патель, стр. 23
^ «Исследования помогают защитить работников ядерной отрасли во всем мире». Аргоннская национальная лаборатория.
↑ Якобсен, Салли (декабрь 1971 г.). «Посадка на «Викинг»: на марсианском модуле нет места».
^ "About ATLAS". Аргоннская национальная лаборатория . Получено 22 мая 2023 г.
^ "Frontline: Nuclear Reaction: Interview with Dr. Charles Till". PBS.
^ "История Аргонна: понимание физической Вселенной". Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 9 сентября 2004 года.
^ "Наша история". Аргоннская национальная лаборатория . Получено 22 мая 2023 г.
^ Маротти, Элли (18 марта 2019 г.). «Самый быстрый компьютер в мире строится в 25 милях от Чикаго. Его имя — Аврора». Chicago Tribune .
^ «Новая рентгеновская технология может привести к созданию лучших и более чистых топливных инжекторов для автомобилей». Аргоннская национальная лаборатория. 2008-02-19.
^ "DOE будет изучать научные облачные вычисления в национальных лабораториях Аргонна и Лоуренса в Беркли". Аргоннская национальная лаборатория. 2009-10-14.
^ Гупта, Манья (10.11.2009). «Медицинская помощь на льду». Medill Reports. Архивировано из оригинала 30.09.2011.
↑ Университет Пенсильвании (25 июня 2008 г.). «Инженеры раскрыли, почему алмазы скользкие в наномасштабе». ScienceDaily .
^ «Недавно обнаруженные «суперизоляторы» обещают преобразовать исследования материалов и разработку электроники». Аргоннская национальная лаборатория. 04.04.2008. Архивировано из оригинала 26.08.2009.
^ "Building better batteries". Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 2010-05-27 . Получено 2009-12-13 .
^ "Аргонн открывает новую главу в исследовании аккумуляторов: Li-Air". Аргоннская национальная лаборатория. 2009-09-15.
^ "Battery Test Facility". Аргоннская национальная лаборатория, Транспортный центр. Архивировано из оригинала 2011-08-26 . Получено 2009-12-13 .
↑ Ливитт, Венди (1998-08-01). «Не просто пустые разговоры». Владелец флота.
^ "Аргонн, Северо-Западный университет ищут ANSER для решения проблем солнечной энергетики". Аргоннская национальная лаборатория. 2007-05-08.
^ "Исследования сетей: делаем сети умнее". Аргоннский национальный лабораторный транспортный центр. 2009-08-01. Архивировано из оригинала 2015-09-12 . Получено 2009-12-14 .
^ «Внедрение нового в ядерную энергетику». Журнал Аргоннской национальной лаборатории. Осень 2009 г.
^ "Doing the impossible: Recycling nuclear waste". Science Channel. Архивировано из оригинала 2021-12-11 . Получено 2013-06-10 .
^ "Argonne Cleans Up Brownfield Sites [видео]". CleanSkies Network. 2009-11-10. Архивировано из оригинала 2009-12-21.
^ «Биочипы могут обнаружить рак до появления симптомов». Аргоннская национальная лаборатория. 2008-05-09.
^ Ванг, Энн (2 декабря 2009 г.). «Магнитные микродиски нацеливаются на клетки опухолей и вызывают их гибель». Информационный бюллетень Университета Джонса Хопкинса.
^ «Финансирование ARRA поможет ученым лучше понять изменение климата». Аргоннская национальная лаборатория. 2009-12-08.
^ «Новая сенсорная технология обнаруживает химические, биологические, ядерные и взрывчатые материалы». Аргоннская национальная лаборатория. 2006-03-21.
^ «Новый источник Т-излучения может улучшить безопасность аэропортов и обнаружение рака». Аргоннская национальная лаборатория. 2007-11-23.
^ Санисло, Мари (2009-12-06). «MBTA готовится к биологической террористической атаке». Boston Herald .
^ "Argonne About the APS". Архивировано из оригинала 26 сентября 2009 г.
^ Научно-исследовательские центры наномасштабной науки Министерства энергетики. Архивировано 08.12.2009 на Wayback Machine.
^ "Argonne Physics Division – ATLAS". www.phy.anl.gov . Получено 20 июня 2018 г. .
^ "Advanced Materials for Energy-Water Systems Center". www.anl.gov . Аргоннская национальная лаборатория . Получено 10 ноября 2021 г. .
^ "About the EMC". Архивировано из оригинала 6 сентября 2017 года . Получено 20 июня 2018 года .
^ "MCSG вносят свою 1000-ю структуру белка в банк данных белков". AZoNano.com . 27 июля 2009 г. Получено 20 июня 2018 г.
^ «Список публикаций Объединенного центра исследований в области хранения энергии». www.jcesr.org/publications/published-papers .
^ "Joint Center for Energy Storage Research". www.jcesr.org . Получено 20 июня 2018 г. .
^ "DOE создает новый Центр вычислительных материалов в Аргонне". 2 октября 2015 г. Получено 28 января 2019 г.
Фоторепозиторий — Фотографии для общественного пользования
Исторические отчеты Аргоннской национальной лаборатории, оцифрованные в рамках проекта TRAIL , размещены в библиотеках Университета Северного Техаса и HathiTrust
