Argonne National Laboratory - Argonne National Laboratory

Argonne National Laboratory
Argonnelablogo.PNG
Založeno8. února 1946; Před 74 lety (1946-02-08)
Typ výzkumuVýzkum
Rozpočet750 milionů $ (2017)[1]
Oblast výzkumu
Fyzická věda
Přírodní věda
Věda o životním prostředí
Energetická věda
Fotonová věda
Datová věda
Výpočetní věda
ŘeditelPaul Kearns
Personál3,350
Adresa9700 S. Cass Avenue
UmístěníLemont, Downers Grove Township, okres DuPage, Illinois, USA
Kampus1700 akrů (6,9 km2)
PřidruženíMinisterstvo energetiky Spojených států
University of Chicago
Jacobs Engineering
Enrico Fermi
Maria Goeppert Mayer
Alexej Alexejevič Abrikosov
webová stránkawww.anl.gov
Letecký pohled na Argonne National Laboratory

Argonne National Laboratory je věda a technický výzkum národní laboratoř provozované společností UChicago Argonne LLC pro Ministerstvo energetiky Spojených států. Zařízení se nachází v Lemont, Illinois, mimo Chicago, a je největší národní laboratoří podle velikosti a rozsahu na Středozápadě.

Argonne měla své počátky v Metalurgická laboratoř z University of Chicago, zformované částečně k provedení Enrico Fermi pracuje na jaderné reaktory pro Projekt Manhattan v době druhá světová válka. Po válce byla 1. července 1946 označena jako první národní laboratoř ve Spojených státech.[2] V poválečné éře se laboratoř zaměřila především na jadernou fyziku, která nesouvisí se zbraněmi, navrhovala a vyráběla první jaderné reaktory vyrábějící energii a pomáhala navrhovat reaktory používané ve Spojených státech. jaderné námořnictvo a širokou škálu podobných projektů. V roce 1994 skončila jaderná mise laboratoře a dnes si udržuje široké portfolio základního vědeckého výzkumu, skladování energie a obnovitelná energie, udržitelnost životního prostředí, superpočítač, a národní bezpečnost.

UChicago Argonne, LLC, provozovatel laboratoře, „sdružuje odborné znalosti University of Chicago (jediný člen LLC) s Jacobs Engineering Group Inc.."[3] Argonne je součástí rozšiřování Illinoisský technologický a výzkumný koridor. Argonne dříve provozoval menší zařízení zvané Argonne National Laboratory-West (nebo jednoduše Argonne-West) v Idaho vedle Idaho National Engineering and Environmental Laboratory. V roce 2005 se dvě laboratoře se sídlem v Idahu spojily a staly se Idaho National Laboratory.[4]

Přehled

Argonne se zaměřuje na pět hlavních oblastí. Tyto cíle, jak uvádí SRNA v roce 2008,[5] skládá se z:

  • Dirigování základní vědecký výzkum;
  • Provozování národních vědeckých zařízení;
  • Posílení energetických zdrojů státu;
  • Vývoj lepších způsobů řešení environmentálních problémů;
  • Ochrana národní bezpečnosti.

Dějiny

Albert Crewe (vpravo), třetí ředitel Argonne, stojí vedle Synchrotron s nulovým přechodem je Generátor Cockcroft-Walton.

To, co se stalo Argonnem, začalo v roce 1942 jako Metalurgická laboratoř na University of Chicago, která se stala součástí Projekt Manhattan. Met Lab postavena Chicago Pile-1, první na světě nukleární reaktor pod stánky sportovního stadionu University of Chicago. Považován za nebezpečný, v roce 1943 byl CP-1 rekonstruován jako CP-2, v čem je dnes známý jako Red Gate Woods ale byl tehdy lesem Argonne v okrese Cook County Forest Preserve Palos Hills. Laboratoř byla pojmenována po okolním lese, který byl zase pojmenován po Les Argonne v Francie kde bojovaly americké jednotky první světová válka.[6] Fermiho hromada se původně měla stavět v lese Argonne a byly zahájeny stavební plány, ale pracovní spor projekt zastavil. Protože rychlost byla nejdůležitější, projekt byl přesunut na squashový kurt pod Staggovo pole, fotbalový stadion v areálu univerzity v Chicagu. Fermi jim řekl, že si je jistý svými výpočty, podle nichž to nepovede k útěkové reakci, která by město kontaminovala.

V příštích pěti letech byly do Argonne přidány další aktivity. 1. července 1946 byla „Metallurgical Laboratory“ formálně znovu objednána jako Argonne National Laboratory pro „kooperativní výzkum nukleoniky“. Na žádost Americká komise pro atomovou energii, začala vyvíjet jaderné reaktory pro mírový program jaderné energie v zemi. Na konci 40. a počátku 50. let se laboratoř přestěhovala na větší místo v neregistrovaných společnostech DuPage County, Illinois a založil vzdálené místo v Idaho s názvem „Argonne-West“ k provedení dalšího jaderného výzkumu.

V rychlém sledu laboratoř navrhla a postavila Chicago Pile 3 (1944), první na světě těžkovodní moderovaný reaktor a Experimentální šlechtitelský reaktor I (Chicago Pile 4), vestavěný Idaho, který v roce 1951 zapálil řetězec čtyř žárovek první jadernou elektřinou na světě. Kompletní seznam reaktorů navržených a ve většině případů vyrobených a provozovaných společností Argonne lze zobrazeno vReaktory navržené Argonne "Stránka. Znalosti získané z experimentů Argonne prováděných s těmito reaktory 1) tvořily základ pro konstrukci většiny komerčních reaktorů, které se v současné době používají na výrobu elektrické energie po celém světě, a 2) informují o aktuálním vývoji konstrukcí reaktorů na tekutý kov pro budoucí komerční elektrárny.

Při provádění klasifikovaného výzkumu byla laboratoř silně zabezpečena; všichni zaměstnanci a návštěvníci potřebovali odznaky, aby mohli projít kontrolním stanovištěm, mnoho budov bylo klasifikováno a samotná laboratoř byla oplocena a střežena. Takové lákavé tajemství přitahovalo návštěvníky oba autorizované - včetně Belgický král Leopold III a Řecká královna Frederica[7]—A neoprávněné. Krátce po jedné hodině dne 6. února 1951 strážci Argonne objevili reportéra Paul Harvey poblíž obvodového plotu o délce 3 stopy měl kabát zamotaný do ostnatého drátu. Při prohlídce svého vozu našli stráže dříve připravené čtyřstránkové vysílání s podrobnostmi o ságě o jeho neoprávněném vstupu do utajované „horké zóny“. Byl postaven před federální velkou porotu na základě obvinění ze spiknutí, aby získal informace o národní bezpečnosti a předal je veřejnosti, ale nebyl obžalován.[8]

Ne celá jaderná technologie však šla do vývoje reaktorů. Při navrhování skeneru pro palivové články reaktoru v roce 1957 vložil fyzik Argonne William Nelson Beck do skeneru vlastní paži a získal jednu z prvních ultrazvuk obrazy lidského těla.[9] Dálkové manipulátory určené k manipulaci s radioaktivními materiály položily základ složitějším strojům používaným k čištění kontaminovaných oblastí, uzavřených laboratoří nebo jeskyní.[10] V roce 1964 se reaktor „Janus“ otevřel ke studiu účinků neutronového záření na biologický život a poskytl výzkum pokynů pro bezpečné úrovně expozice pro pracovníky elektráren, laboratoří a nemocnic.[11] Vědci z Argonne propagovali techniku ​​pro analýzu měsíc povrch pomocí alfa záření, který vypustil na palubu Zeměměřič 5[12] v roce 1967 a později analyzoval měsíční vzorky z Apollo 11 mise.

Kromě jaderných prací si laboratoř udržovala silné zastoupení v základním výzkumu fyzika a chemie. V roce 1955 společně objevili chemici Argonne elementy einsteinium a fermium, prvky 99 a 100 v periodická tabulka.[13] V roce 1962 laboratorní chemici vyrobili první sloučeninu inertního ušlechtilý plyn xenon, otevírající novou oblast výzkumu chemických vazeb.[14] V roce 1963 objevili hydratovaný elektron.[15]

Fyzika vysokých energií udělala skok vpřed, když byl Argonne vybrán jako místo 12,5 GeV Synchrotron s nulovým přechodem, a urychlovač protonů která byla otevřena v roce 1963. A bublinová komora umožnil vědcům sledovat pohyby subatomární částice jak zipovali skrz komoru; v roce 1970 pozorovali neutrino poprvé ve vodíkové bublinové komoře.[16]

Laboratoř mezitím také pomáhala navrhnout reaktor jako první na světě na jaderný pohon ponorka, U.S.S. Nautilus, která se parila na více než 513 550 námořních mil (951090 km). Další model jaderného reaktoru byl Experimentální Vroucí vodní reaktor, předchůdce mnoha moderních jaderných elektráren, a Experimentální šlechtitelský reaktor II (EBR-II), který byl chlazen sodíkem, a zahrnoval zařízení na recyklaci paliva. EBR-II byl později upraven tak, aby testoval další konstrukce reaktorů, včetně a rychlý neutronový reaktor a v roce 1982 Integrovaný rychlý reaktor koncept - revoluční design, který přepracoval vlastní palivo, snížil jeho atomový odpad a vydržel bezpečnostní testy stejných poruch, které spustily Černobylu a Three Mile Island katastrofy.[17] V roce 1994 však americký Kongres ukončil financování většiny jaderných programů Argonne.

Argonne se zaměřil na specializaci v jiných oblastech, přičemž využil svých zkušeností z fyziky, chemických věd a hutnictví. V roce 1987 byla laboratoř první, která úspěšně demonstrovala průkopnickou techniku ​​zvanou zrychlení plazmového probuzení, který urychluje částice na mnohem kratší vzdálenosti než konvenční urychlovače.[18] Kultivovalo to také silné baterie výzkumný program.

Po velkém tlaku tehdejšího ředitele Alana Schriesheima byla laboratoř vybrána jako místo Pokročilý zdroj fotonů, hlavní rentgenové zařízení, které bylo dokončeno v roce 1995 a v době jeho výroby produkovalo nejjasnější rentgenové záření na světě.

Dne 19. března 2019 to bylo nahlášeno v Chicago Tribune že laboratoř stavěla nejmocnější superpočítač na světě. Náklady na 500 milionů $ budou mít výkon zpracování 1 kvintilionový propadák. Aplikace budou zahrnovat analýzu hvězd a vylepšení energetické sítě.

Ředitelé

V průběhu své historie působilo jako ředitel společnosti Argonne 13 osob:

Iniciativy

Argonne IBM Modrý gen / Q superpočítač.
  • Tvrdé rentgenové vědy: Argonne je domovem jednoho z největších vysoce energetických světelných zdrojů na světě: Pokročilý zdroj fotonů (APS). Vědci každý rok provedou tisíce objevů, přičemž pomocí APS charakterizují obojí organický a anorganické materiály a dokonce i procesy, například jak vozidlo vstřikovače paliva stříkejte benzín v motorech.[20]
  • Vedení výpočetní techniky: Argonne udržuje jeden z nejrychlejších počítačů pro otevřenou vědu a vyvinul systémový software pro tyto obrovské stroje. Argonne pracuje na vývoji evoluce výpočetní techniky od společnosti petascale na exascale, vyvíjet nové kódy a výpočetní prostředí a rozšiřovat výpočetní úsilí s cílem pomoci při řešení vědeckých výzev. Například v říjnu 2009 laboratoř oznámila, že zahájí společný projekt k prozkoumání cloud computing pro vědecké účely.[21] V 70. letech přeložil Argonne Numerische Mathematik numerické programy lineární algebry z ALGOL na Fortran a tato knihovna byla rozšířena do LINPACK a EISPACK tím, že Cleve Moler, et al.
  • Materiály pro energii: Vědci z Argonne pracují na předpovědi, porozumění a kontrole toho, kam a jak umístit jednotlivé atomy a molekuly, aby bylo dosaženo požadovaných vlastností materiálu. Vedle dalších inovací pomohli vědci z Argonne vyvinout ledovou kaši k ochlazení orgánů obětí infarktu,[22] popsal, co dělá diamanty kluzkými na nanoměřítku úroveň,[23] a objevil a superizolační materiál, který odolává toku elektrického proudu úplněji než jakýkoli jiný předchozí materiál.[24]
  • Skladování elektrické energie: Argonne se vyvíjí baterie pro elektrická dopravní technologie a mřížka úložiště pro občasné energie zdroje jako vítr nebo sluneční, jakož i výrobní procesy potřebné pro tyto systémy náročné na materiály. Laboratoř pracuje na výzkumu a vývoji pokročilých bateriových materiálů již více než 50 let.[25] V posledních 10 letech se laboratoř zaměřila na lithium-iontové baterie V září 2009 oznámila iniciativu prozkoumat a zlepšit jejich schopnosti.[26] Argonne také udržuje nezávislé zařízení na testování baterií, které testuje vzorky baterií z vládního i soukromého průmyslu, aby zjistil, jak dobře fungují v průběhu času a při vysokém a studeném stresu.[27]
  • Alternativní energie a účinnost: Argonne vyvíjí obojí chemikálie a biologický paliva přizpůsobené současným motorům i vylepšené spalování schémata pro budoucí technologie motorů. Laboratoř také doporučila osvědčené postupy pro úsporu paliva; například studie, která namísto volnoběhu motoru doporučila instalaci pomocných ohřívačů kabiny pro nákladní vozidla.[28] Mezitím solární energie Výzkumný program se zaměřuje na solární a solární elektrická zařízení a systémy, které jsou škálovatelné a ekonomicky konkurenceschopné s fosilními zdroji energie.[29] Vědci z Argonne také zkoumají osvědčené postupy pro a inteligentní mřížka, a to jak modelováním toku energie mezi veřejnými službami a domácnostmi, tak výzkumem technologie rozhraní.[30]
  • Nukleární energie: Argonne generuje pokročilý reaktor a palivový cyklus technologie, které umožňují bezpečnou a udržitelnou výrobu jaderná energie. Vědci z Argonne vyvíjejí a ověřují výpočetní modely a simulace reaktorů budoucí generace jaderné reaktory.[31] Další projekt zkoumá, jak přepracovat vyhořelé jaderné palivo, takže odpad je snížen až o 90%.[32]
  • Biologické a environmentální systémy: Porozumění místním účinkům změny klimatu vyžaduje integraci interakcí mezi životním prostředím a lidskými aktivitami. Vědci z Argonne studují tyto vztahy od molekuly k organismu k ekosystému. Programy zahrnují bioremediace použitím stromy vytáhnout znečišťující látky mimo podzemní voda;[33] biočipy pro dřívější detekci rakoviny;[34] projekt, na který se zaměřit rakovinný buňky pomocí nanočástice;[35] půda metagenomika; a major klimatická změna výzkumný projekt, ARM.[36]
  • Národní bezpečnost: Argonne vyvíjí bezpečnostní technologie, které zabrání a zmírní události s potenciálem hromadného narušení nebo zničení. Patří mezi ně senzory, které dokážou detekovat chemické, biologické, jaderné a výbušné materiály;[37] přenosný Terahertzovo záření („Rentgenové“) stroje, které na letištích detekují nebezpečné materiály snadněji než rentgenové záření;[38] a sledování a modelování možných cest chemikálií uvolňovaných do metra.[39]

Uživatelská zařízení a střediska

Argonne's Center for Nanoscale Materials
Argonne Centrum pro materiály v nanoměřítku.

Argonne buduje a udržuje vědecká zařízení, která by byla příliš nákladná pro konstrukci a provoz jedné společnosti nebo univerzity. Tato zařízení využívají vědci z Argonne, soukromého průmyslu, akademické obce, dalších národních laboratoří a mezinárodních vědeckých organizací.

Vzdělávání a dosah komunity

A student examines Argonne's Gyro Wheel at the Open House.
Student zkoumá Argonneovo gyroskopické kolo na Den otevřených dveří.

Argonne vítá všechny členy veřejného věku od 16 let, aby podnikli komentované prohlídky vědeckých a technických zařízení a areálů. Pro děti do 16 let nabízí Argonne praktické výukové aktivity vhodné pro terénní výlety K – 12 a průzkumné výlety. V laboratoři se také konají vzdělávací vědecké a technické osvěty pro školy v okolí.

Vědci a inženýři společnosti Argonne se každoročně účastní školení téměř 1 000 studentů postgraduálního studia a postdoktorandů v rámci svých výzkumných a vývojových aktivit.

V médiích

Významné části pronásledovacího filmu z roku 1996 Řetězová reakce byli zastřeleni v Synchrotron s nulovým přechodem pokojová místnost a bývalá laboratoř demonstrátorů deuteria kontinuálních vln.[51]

Pozoruhodný personál

Viz také

Poznámky

  1. ^ „Argonne: Podle čísel“. Argonne National Laboratory. 2017. Citováno 5. září 2018.
  2. ^ Holl, Hewlett a Harris, strana xx (Úvod).
  3. ^ „Vědecký výzkum a inovace světové úrovně“. UChicago Argonne, LLC. Citováno 2012-12-18.
  4. ^ Menser, Paul. „Úklid domu a mapování budoucnosti v INL“. Odeslat registraci. Idaho Falls, ID. Archivovány od originál dne 2013-11-13.
  5. ^ „Argonne National Laboratory“. Americké ministerstvo energetiky. Archivovány od originál dne 2010-05-27. Citováno 2009-12-14.
  6. ^ "Argonne: Historie". Argonne National Laboratory. Citováno 12. února 2017.
  7. ^ „Argonne Highlights: 1950–1959“. Argonne National Laboratory. Archivovány od originál dne 2012-02-04. Citováno 2010-02-04.
  8. ^ Stephens, Joel (23.01.2010). „Nové dokumenty ukazují dlouholeté přátelství mezi J. Edgarem Hooverem a Paulem Harveyem“. Washington Post.
  9. ^ „William Nelson“ Nels „Beck: Práce Jolietova fyzika změnila lékařský svět“. CityofJoliet.com.
  10. ^ Holl, Hewlett a Harris, strana 126
  11. ^ „Výzkum pomáhá chránit jaderné pracovníky po celém světě“. Argonne National Laboratory.
  12. ^ Jacobsen, Sally (prosinec 1971). „Getting Aboard Viking: No Room on the Mars Lander“.
  13. ^ Holl, Hewlett a Harris, strana 179.
  14. ^ Holl, Hewlett a Harris, strana 226.
  15. ^ „Argonne History: Innovation and Serendipity“. Argonne National Laboratory. Archivovány od originál dne 2010-05-27. Citováno 2010-02-04.
  16. ^ Patel, strana 23
  17. ^ „Frontline: Nuclear Reaction: Interview with Dr. Charles Till“. PBS.
  18. ^ „Argonne History: Understanding the Physical Universe“. Argonne National Laboratory. Archivovány od originál dne 9. září 2004.
  19. ^ „Paul K. Kearns | Argonne National Laboratory“. www.anl.gov. Citováno 2019-02-26.
  20. ^ „Nová rentgenová technika může vést k lepším a čistším vstřikovačům paliva pro automobily“. Argonne National Laboratory. 19. 2. 2008.
  21. ^ „DOE prozkoumat vědecké cloud computing v Argonne, národní laboratoře Lawrence Berkeley“. Argonne National Laboratory. 14. 10. 2009.
  22. ^ Gupta, Manya (10. 11. 2009). „Lékařská péče na ledě“. Zprávy Medill. Archivovány od originál dne 30. 9. 2011.
  23. ^ University of Pennsylvania (25. června 2008). „Inženýři odhalují, co dělá diamanty kluzkými v nanoměřítku“. ScienceDaily.
  24. ^ „Nově objevené„ superizolátory “slibují transformaci materiálového výzkumu, elektronického designu“. Argonne National Laboratory. 2008-04-04. Archivovány od originál dne 26. 8. 2009.
  25. ^ „Budování lepších baterií“. Americké ministerstvo energetiky. Archivovány od originál dne 2010-05-27. Citováno 2009-12-13.
  26. ^ „Argonne otevírá novou kapitolu výzkumu baterií: Li-Air“. Argonne National Laboratory. 2009-09-15.
  27. ^ „Testovací zařízení baterie“. Argonne National Laboratory, Transport Center. Citováno 2009-12-13.
  28. ^ Leavitt, Wendy (01.08.1998). „Ne jen nečinný rozhovor“. Majitel flotily.
  29. ^ „Argonne, Northwestern hledá odpověď na výzvy solární energie“. Argonne National Laboratory. 8. května 2007.
  30. ^ „Grid Research: Making the Grid chytřejší“. Argonne National Laboratory Transport Center. 2009-08-01.
  31. ^ „Uvedení nového do jaderné energetiky“. Časopis Argonne National Laboratory. Podzim 2009.
  32. ^ „Dělat nemožné: Recyklace jaderného odpadu“. Science Channel. Citováno 2013-06-10.
  33. ^ „Argonne čistí weby brownfieldů [video]“. Síť CleanSkies. 10. 11. 2009. Archivovány od originál dne 21. 12. 2009.
  34. ^ „Biočipy mohou detekovat rakovinu dříve, než se objeví příznaky“. Argonne National Laboratory. 09.05.2008.
  35. ^ Wang, Ann (2. prosince 2009). „Magnetické mikrodisky cílí a iniciují buněčnou smrt v nádorech“. Zpravodaj Johns Hopkins.
  36. ^ „Financování ARRA pomoci vědcům lépe porozumět změně klimatu“. Argonne National Laboratory. 8. 12. 2009.
  37. ^ „Nová technologie senzorů detekuje chemické, biologické, jaderné a výbušné materiály“. Argonne National Laboratory. 2006-03-21.
  38. ^ „Nový zdroj T-paprsků by mohl zlepšit zabezpečení letiště, detekci rakoviny“. Argonne National Laboratory. 23. 11. 2007.
  39. ^ Szaniszlo, Marie (06.12.2009). „MBTA připravuje biologický teroristický útok“. Boston Herald.
  40. ^ Argonne O APS Archivováno 2009-09-26 na Wayback Machine
  41. ^ Oddělení Centra pro výzkum vědy o energetické nanoměřítku Archivováno 2009-12-08 na Wayback Machine
  42. ^ „Divize Argonne Physics - ATLAS“. www.phy.anl.gov. Citováno 20. června 2018.
  43. ^ „O EMC“. Archivovány od originál dne 6. září 2017. Citováno 20. června 2018.
  44. ^ „MCSG uložila svou 1 000. strukturu proteinů do proteinové datové banky“. AZoNano.com. 27. července 2009. Citováno 20. června 2018.
  45. ^ „O společnosti TRACC“. Citováno 20. června 2018.
  46. ^ „ARM Research Facility“. www.arm.gov. Citováno 20. června 2018.
  47. ^ "Seznam publikací Společného střediska pro výzkum skladování energie". www.jcesr.org/publications/published-papers.
  48. ^ „Společné centrum pro výzkum skladování energie“. www.jcesr.org. Citováno 20. června 2018.
  49. ^ „DOE vytváří nové Centrum pro výpočetní materiály v Argonne“. Citováno 28. ledna 2019.
  50. ^ „Mise MICCoM“. Citováno 28. ledna 2019.
  51. ^ „Argonne se těší na výročí, film“. Citováno 20. června 2018.

Reference

  • Argonne National Laboratory, 1946–1996. Jack M. Holl, Richard G. Hewlett, Ruth R. Harris. University of Illinois Press, 1997. ISBN  978-0-252-02341-5.
  • Jaderná fyzika: úvod. S.B. Patel. New Age International Ltd., 1991. ISBN  81-224-0125-2.
  • Shrnutí práce v jaderné chemii v Argonne, Martin H. Studier, Argonne National Laboratory Report, odtajněn 13. června 1949.

externí odkazy

Souřadnice: 41 ° 42'33 ″ severní šířky 87 ° 58'55 "W / 41,709166 ° N 87,981992 ° W / 41.709166; -87.981992