Аргоннская национальная лаборатория - Argonne National Laboratory
Учредил | 8 февраля 1946 г . |
---|---|
Тип исследования | Исследовательская работа |
Бюджет | 1,2 миллиарда долларов (2020) |
Поле исследований |
Физические науки Науки о жизни Науки об окружающей среде Науки об энергии Науки о фотонах Науки о данных Науки о вычислениях |
Директор | Пол Кернс |
Сотрудники | 3400 |
Адрес | 9700 S. Cass Avenue |
Расположение | Лемонт , Даунерс-Гроув, округ Дюпейдж , Иллинойс, США |
Кампус | 1700 акров (6,9 км 2 ) |
Принадлежности |
Департамент энергетики США, Чикагский университет, Jacobs Engineering |
Операционное агентство |
UChicago Argonne LLC |
Энрико Ферми Мария Гепперт Майер Алексей Алексеевич Абрикосов |
|
Интернет сайт | www.anl.gov |
Аргон Национальная лаборатория является научно-техническими исследованиями национальной лаборатория управляется UChicago Аргон LLC для Соединенных Штатов Америки Департамента энергетики . Объект расположен в Лемонте, штат Иллинойс , за пределами Чикаго , и является крупнейшей национальной лабораторией по размеру и масштабам на Среднем Западе.
Аргон берет свое начало в металлургической лаборатории в Университете Чикаго , формируется частично выполнять Энрико Ферми работу «s на ядерных реакторах для Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны . После войны 1 июля 1946 года она была обозначена как первая национальная лаборатория в Соединенных Штатах. В послевоенную эпоху лаборатория сосредоточилась в основном на ядерной физике, не связанной с оружием, на разработке и строительстве первых ядерных реакторов для производства энергии. , помощь в проектировании реакторов, используемых на ядерном флоте США , а также в большом количестве подобных проектов. В 1994 году ядерная миссия лаборатории закончилась, и сегодня она поддерживает широкий портфель в области фундаментальных научных исследований, хранения энергии и возобновляемых источников энергии , экологической устойчивости, суперкомпьютеров и национальной безопасности .
UChicago Argonne, LLC, оператор лаборатории, «объединяет опыт Чикагского университета (единственного члена LLC) с Jacobs Engineering Group Inc. ». Аргонн является частью расширяющегося коридора технологий и исследований штата Иллинойс . Ранее Аргонн управлял небольшим предприятием под названием Аргоннская национальная лаборатория-Запад (или просто Аргонн-Запад) в Айдахо рядом с Национальной инженерной и экологической лабораторией Айдахо. В 2005 году две лаборатории в Айдахо объединились в Национальную лабораторию Айдахо .
Обзор
Аргонн имеет пять основных направлений. Эти цели, заявленные Министерством энергетики США в 2008 году, включают:
- Проведение фундаментальных научных исследований ;
- Действующие национальные научные объекты;
- Увеличение энергетических ресурсов страны;
- Разработка более эффективных способов решения экологических проблем;
- Защита национальной безопасности.
История
Что стало бы Аргон начался в 1942 году , как Металлургическая лаборатория в Университете Чикаго , который стал частью Манхэттенского проекта . Met Lab построила первый в мире ядерный реактор Chicago Pile-1 под трибунами спортивного стадиона Чикагского университета. Считающийся небезопасным, в 1943 году CP-1 был реконструирован как CP-2, в том, что сегодня известно как Red Gate Woods, но тогда это был Аргонский лес в районе лесных заповедников округа Кук недалеко от холмов Палос . Лаборатория была названа в честь окружающего леса, который, в свою очередь, был назван в честь Аргоннского леса во Франции, где американские войска сражались в Первой мировой войне . Изначально сваю Ферми планировалось построить в Аргоннском лесу, и планы строительства были запущены, но трудовой спор привел к остановке проекта. Поскольку скорость была превыше всего, проект был перенесен на площадку для игры в сквош под Стэгг-Филдом , футбольным стадионом в кампусе Чикагского университета. Ферми сказал им, что он уверен в своих расчетах, в которых говорилось, что это не приведет к безудержной реакции, которая могла бы привести к заражению города.
В течение следующих пяти лет в Аргонну были добавлены и другие виды деятельности. 1 июля 1946 года «Металлургическая лаборатория» была официально переименована в Аргоннскую национальную лабораторию для «совместных исследований в области нуклеоники». По просьбе Комиссии по атомной энергии США он начал разработку ядерных реакторов для национальной ядерной программы в мирных целях. В конце 1940-х - начале 1950-х годов лаборатория переехала в более крупное место в некорпоративном округе Дюпейдж, штат Иллинойс, и создала удаленное место в Айдахо , названное «Аргонн-Вест», для проведения дальнейших ядерных исследований.
Лаборатория быстро спроектировала и построила Chicago Pile 3 (1944), первый в мире реактор с тяжеловодным замедлителем , и экспериментальный реактор-размножитель I (Chicago Pile 4), встроенный в Айдахо, который зажег цепочку из четырех лампочек. с первым в мире ядерным электричеством в 1951 году. Полный список реакторов, спроектированных и, в большинстве случаев, построенных и эксплуатируемых Аргонной, можно увидеть на странице « Реакторы, спроектированные Аргонном ». Знания, полученные в ходе аргоннских экспериментов, проведенных с этими реакторами, 1) легли в основу конструкций большинства промышленных реакторов, используемых в настоящее время во всем мире для производства электроэнергии, и 2) используются в разрабатываемых конструкциях жидкометаллических реакторов для будущего коммерческого использования. энергостанции.
Лаборатория, проводившая секретные исследования, находилась под надежной охраной; всем сотрудникам и посетителям нужны были пропуска для прохождения контрольно-пропускного пункта, многие здания были засекречены, а сама лаборатория была огорожена и охранялась. Такая соблазнительная секретность привлекала посетителей как уполномоченных, включая короля Бельгии Леопольда III и королеву Греции Фредерику, так и неавторизованных. Вскоре после часа ночи 6 февраля 1951 года аргоннские охранники обнаружили репортера Пола Харви около 10-футового (3,0 м) периметра забора, его пальто было запутано в колючей проволоке. Обыскав его машину, охранники обнаружили заранее подготовленную четырехстраничную передачу, в которой подробно описывалась сага о его несанкционированном проникновении в засекреченную «горячую зону». Он предстал перед федеральным большим жюри по обвинению в заговоре с целью получения информации о национальной безопасности и передачи ее общественности, но не получил обвинения.
Однако не все ядерные технологии пошли на разработку реакторов. При разработке сканера 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. Дистанционные манипуляторы, предназначенные для работы с радиоактивными материалами, заложили основу для более сложных машин, используемых для очистки загрязненных территорий, закрытых лабораторий или пещер. В 1964 году открылся реактор «Янус» для изучения воздействия нейтронного излучения на биологическую жизнь, что позволило разработать рекомендации по безопасным уровням облучения для рабочих электростанций, лабораторий и больниц. Ученые из Аргонна первыми разработали метод анализа поверхности Луны с использованием альфа-излучения , который был запущен на борту Surveyor 5 в 1967 году, а затем проанализированы образцы Луны, полученные с миссии Apollo 11 .
Помимо ядерных работ, лаборатория активно участвовала в фундаментальных исследованиях физики и химии . В 1955 году аргонские химики совместно открыли элементы эйнштейний и фермий , элементы 99 и 100 в периодической таблице . В 1962 году лабораторные химики произвели первое соединение инертного благородного газа ксенон , открыв новую область исследований химической связи. В 1963 году они открыли гидратированный электрон .
Физика высоких энергий сделала рывок вперед, когда Аргонн был выбран местом расположения синхротрона с нулевым градиентом на 12,5 ГэВ , ускорителя протонов, который открылся в 1963 году. Пузырьковая камера позволила ученым отслеживать движения субатомных частиц, когда они пронеслись через камеру; в 1970 году они впервые наблюдали нейтрино в водородной пузырьковой камере.
Между тем, лаборатория помогает также разработать реактор для первой в мире атомной подводной подводной лодки , на USS Nautilus , который пропаренного более чем 513,550 миль (951090 км). Следующей моделью ядерного реактора был экспериментальный реактор с кипящей водой , предшественник многих современных атомных станций, и экспериментальный реактор-размножитель II (EBR-II) с натриевым охлаждением и установкой для рециркуляции топлива. Позднее EBR-II был модифицирован для тестирования других конструкций реакторов, включая реактор на быстрых нейтронах, а в 1982 году - концепцию интегрального реактора на быстрых нейтронах - революционную конструкцию, которая позволяла переработать собственное топливо, уменьшить количество атомных отходов и выдержать испытания на безопасность при тех же отказах. которые спровоцировали катастрофы в Чернобыле и на Три-Майл-Айленде . Однако в 1994 году Конгресс США прекратил финансирование основной части ядерных программ Аргонны.
Argonne перешла на специализацию в других областях, используя свой опыт в физике, химических науках и металлургии . В 1987 году лаборатория первой успешно продемонстрировала новаторский метод, названный ускорением плазменного кильватерного поля , который ускоряет частицы на гораздо более короткие расстояния, чем обычные ускорители. Он также разработал сильную программу исследования аккумуляторов .
После серьезного толчка тогдашнего директора Алана Шрисхайма лаборатория была выбрана местом расположения Advanced Photon Source , крупной рентгеновской установки, строительство которой было завершено в 1995 году и производило самые яркие рентгеновские лучи в мире на момент своего создания. строительство.
19 марта 2019 года газета Chicago Tribune сообщила, что лаборатория строит самый мощный суперкомпьютер в мире. При стоимости 500 миллионов долларов он будет иметь вычислительную мощность в 1 квинтиллион флопов. Приложения будут включать в себя анализ звезд и улучшения в электросети.
Директора
За свою историю в Аргонне директором занимали 13 человек:
- 1946–1956 Уолтер Зинн
- 1957–1961 Норман Хилберри
- 1961–1967 Альберт В. Крю
- 1967–1973 Роберт Б. Даффилд
- 1973–1979 Роберт Г. Сакс
- 1979–1984 Уолтер Э. Мэсси
- 1984–1996 Алан Шрисхайм
- 1996–1998 Дин Э. Истман
- 2000–2005 Герман А. Грюндер
- 2005–2008 Роберт Рознер
- 2009–2014 Эрик Айзекс
- 2014–2016 Питер Литтлвуд
- 2017 – настоящее время Пол Кирнс
Инициативы
- Науки о жестких рентгеновских лучах : Аргонн является домом для одного из крупнейших в мире источников света высокой энергии: усовершенствованного источника фотонов (APS). Каждый год ученые делают тысячи открытий, используя APS для определения характеристик как органических, так и неорганических материалов и даже процессов, например, того, как автомобильные топливные форсунки распыляют бензин в двигателях.
- Лидерские вычисления : Argonne поддерживает один из самых быстрых компьютеров для открытой науки и разработал системное программное обеспечение для этих огромных машин. Аргон работает , чтобы управлять эволюцией руководства вычислительном от petascale к ExaScale , разрабатывать новые коды и вычислительные среды, а также расширить вычислительные усилия , чтобы помочь решить научные проблемы. Например, в октябре 2009 года лаборатория объявила, что приступит к совместному проекту по изучению облачных вычислений в научных целях. В 1970 - е годы Аргон перевел Numerische Mathematik числовой линейной алгебры программ от Алголом до Fortran и эта библиотека была расширена в LINPACK и EISPACK , по Клив Moler и др.
- Материалы для энергетики : ученые Аргонны работают, чтобы предсказать, понять и контролировать, где и как разместить отдельные атомы и молекулы для достижения желаемых свойств материала. Среди других инноваций ученые Аргонна помогли разработать ледяную суспензию для охлаждения органов жертв сердечного приступа, описали, что делает алмазы скользкими на наноразмерном уровне, и обнаружили суперизолирующий материал, который сопротивляется прохождению электрического тока более полно, чем любой другой предыдущий материал.
- Хранение электрической энергии : Argonne разрабатывает аккумуляторы для технологий электрического транспорта и энергосистемы для хранения непостоянных источников энергии, таких как ветер или солнце , а также производственных процессов, необходимых для этих ресурсоемких систем. Лаборатория занимается передовыми исследованиями и разработками аккумуляторных материалов более 50 лет. В последние 10 лет лаборатория сосредоточилась на литий-ионных батареях , а в сентябре 2009 года она объявила об инициативе по исследованию и совершенствованию их возможностей. Argonne также имеет независимую лабораторию для тестирования аккумуляторов, где тестируются образцы аккумуляторов как государственных, так и частных предприятий, чтобы увидеть, насколько хорошо они работают с течением времени и в условиях высоких и низких нагрузок.
- Альтернативная энергия и эффективность : Argonne разрабатывает как химическое, так и биологическое топливо, адаптированное для современных двигателей, а также улучшенные схемы сгорания для будущих технологий двигателей. Лаборатория также рекомендовала передовые методы экономии топлива; например, исследование, в котором рекомендовалось установить дополнительные обогреватели кабины для грузовиков вместо двигателя, работающего на холостом ходу. Между тем, программа исследований солнечной энергии фокусируется на солнечных топливных и солнечно-электрических устройствах и системах, которые масштабируемы и экономически конкурентоспособны с ископаемыми источниками энергии. Ученые Аргонны также изучают передовой опыт создания интеллектуальной сети , моделируя поток энергии между коммунальными предприятиями и домами, и исследуя технологию интерфейсов.
- Ядерная энергия : Аргонн создает передовые технологии реакторов и топливного цикла, которые обеспечивают безопасное и устойчивое производство ядерной энергии . Ученые Аргонны разрабатывают и проверяют вычислительные модели и моделирование ядерных реакторов будущего поколения . Другой проект изучает, как переработать отработанное ядерное топливо , чтобы уменьшить количество отходов до 90%.
- Биологические и экологические системы : понимание местного воздействия изменения климата требует интеграции взаимодействий между окружающей средой и деятельностью человека. Ученые Аргонны изучают эти отношения от молекулы к организму и экосистеме. Программы включают биоремедиацию с использованием деревьев для удаления загрязняющих веществ из грунтовых вод ; биочипы для более раннего выявления рака; проект по нацеливанию на раковые клетки с помощью наночастиц ; метагеномика почвы ; и крупный исследовательский проект по изменению климата , ARM.
- Национальная безопасность : Аргонн разрабатывает технологии безопасности, которые будут предотвращать и смягчать события, которые могут привести к массовым нарушениям или разрушению. К ним относятся датчики, которые могут обнаруживать химические, биологические, ядерные и взрывчатые материалы; портативные аппараты терагерцового излучения («Т-лучи»), которые обнаруживают опасные материалы легче, чем рентгеновские лучи в аэропортах; и отслеживание и моделирование возможных путей попадания химических веществ в метро.
Пользовательские помещения и центры
Аргонн строит и поддерживает научные объекты, строительство и функционирование которых было бы слишком дорогостоящим для одной компании или университета. Эти средства используются учеными из Аргонны, частной промышленностью, академическими кругами, другими национальными лабораториями и международными научными организациями.
- Advanced Photon Source (APS): национальная лаборатория синхротронных рентгеновских исследований, которая производит самые яркие рентгеновские лучи в Западном полушарии .
- Центр наноразмерных материалов (CNM): пользовательский объект, расположенный на APS, который предоставляет инфраструктуру и инструменты для изучения нанотехнологий и наноматериалов . CNM является одним из пяти научно-исследовательских центров наномасштабных исследований Управления науки Министерства энергетики США.
- Система аргонно-тандемного линейного ускорителя (ATLAS): ATLAS - это первый в мире ускоритель сверхпроводящих частиц для тяжелых ионов с энергиями, близкими к кулоновскому барьеру . Это энергетическая область, подходящая для изучения свойств ядра, ядра вещества и звездного топлива.
- Центр электронной микроскопии (EMC): одно из трех научных учреждений, поддерживаемых Министерством энергетики, для микропроцессорной характеризации электронным пучком. EMC проводит исследования трансформаций и дефектных процессов, модификации ионным пучком и эффектов облучения, сверхпроводников, сегнетоэлектриков и интерфейсов. Его промежуточное напряжение электронного микроскопа , который в сочетании с ускорителем, представляет собой только такую систему , в Соединенных Штатах.
- Argonne Leadership Computing Facility (ALCF): Центр научных исследований Министерства энергетики США, предоставляющий научно-исследовательскому сообществу суперкомпьютерные ресурсы, позволяющие совершать прорывы в науке и технике.
- Центр структурной биологии (SBC): SBC - это пользовательский объект, расположенный за пределами рентгеновского центра Advanced Photon Source, который специализируется на кристаллографии макромолекул . Пользователи имеют доступ к устройству для введения, изгибающемуся магниту и лаборатории биохимии. Каналы передачи SBC часто используются для отображения кристаллических структур белков ; в прошлом пользователи получали изображения белков сибирской язвы , бактерий, вызывающих менингит , сальмонеллы и других патогенных бактерий .
- Вычислительный центр транспортных исследований и анализа (TRACC): объект, который использует высокопроизводительные вычисления для анализа и создания данных и визуальных моделей для различных транспортных проблем, включая ударопрочность , аэродинамику , сгорание , управление температурным режимом, погодное моделирование и имитацию движения.
- Центр исследования климата для измерения атмосферной радиации (ARM): Аргонн - одна из девяти национальных лабораторий, которые участвуют в программе ARM, разработанной для исследования глобального изменения климата . Аргонн наблюдает за операциями ARM и управляет местом сбора метеорологических данных в Оклахоме и мобильным центром сбора данных.
- Сервер Network Enabled Optimization System (NEOS) является первой сетевой средой для решения проблем для широкого класса приложений в бизнесе, науке и технике. Включены современные решатели в целочисленном программировании, нелинейной оптимизации, линейном программировании , стохастическом программировании и проблемах дополнительности. Большинство решателей NEOS принимают ввод на языке моделирования AMPL .
- Объединенный центр исследований в области накопления энергии (JCESR) - это консорциум нескольких национальных лабораторий, академических институтов и промышленных партнеров, базирующихся в Аргоннской национальной лаборатории. Миссия JCESR заключается в разработке и производстве трансформирующих материалов, позволяющих использовать батареи следующего поколения , удовлетворяющие всем показателям производительности для данного приложения.
- Среднезападный интегрированный центр вычислительных материалов (MICCoM) расположен в лаборатории. 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 .
Образовательная и общественная работа
Аргонн приглашает всех желающих в возрасте от 16 лет принять участие в экскурсиях по научным и инженерным объектам и территориям. Для детей младше 16 лет Аргонн предлагает практические занятия, подходящие для экскурсий и скаутских экскурсий от K – 12. В лаборатории также проводятся образовательные и инженерные мероприятия для школ в окрестностях.
Каждый год аргоннские ученые и инженеры принимают участие в обучении почти 1000 аспирантов и исследователей с докторской степенью в рамках своей исследовательской и опытно-конструкторской деятельности.
В СМИ
Значительные части фильма « Цепная реакция» 1996 года были сняты в зале кольца синхротрона с нулевым градиентом и в бывшей лаборатории Демонстратора непрерывной волны дейтерия.
Известный персонал
- Алексей Алексеевич Абрикосов
- Халил Амин
- Маргарет К. Батлер
- Ян Фостер
- Уоллес Гивенс
- Раймонд Гертц
- Мортон Хамермеш
- Кэролайн Герценберг
- Уильям МакКьюн
- Мария Гепперт Майер
- Карло Монтеманьо
- Хосе Энрике Мойаль
- Гилберт Джером Перлоу
- Анизур Рахман
- Камешвар К. Вали
- Ларри Вос
- Косма Захос
- Даниэль Зайфман
- Нестор Й. Залузец
- Пол Фентер
- Линда Содерхольм
- Рик Стивенс
- Валери Тейлор
- Марион К. Турнауэр
Смотрите также
- Агентство перспективных исследовательских проектов - Энергетика
- Автоматическое доказательство теорем
- Канадский спектрометр с ловушкой Пеннинга
- Центр развития науки в космосе - управляет Национальной лабораторией США на МКС.
- Гаммасфера
- Нанофлюид
- Эксперимент Черенкова с изображениями треков
Примечания
использованная литература
- Аргоннская национальная лаборатория, 1946–96 . Джек М. Холл, Ричард Г. Хьюлетт, Рут Р. Харрис. University of Illinois Press , 1997. ISBN 978-0-252-02341-5 .
- Ядерная физика: введение . С.Б. Патель. New Age International Ltd., 1991. ISBN 81-224-0125-2 .
- Краткое изложение работ в области ядерной химии в Аргонне , Мартин Х. Студье, Отчет Аргоннской национальной лаборатории, рассекреченный 13 июня 1949 г.
внешние ссылки
- Аргоннская национальная лаборатория - официальный веб-сайт Аргонн.
- Презентации Аргоннской национальной лаборатории - помощь в проведении презентаций Аргоннской национальной лаборатории
- Argonne News - выпуски новостей , медиацентр
- Аргон Software Shop - с открытым исходным кодом и коммерчески доступного программного обеспечения или вблизи фазы «коробочное»
- Фоторепозиторий - фотографии для общего пользования.
Координаты : 41.709166 ° N 87.981992 ° W 41 ° 42′33 ″ с.ш. 87 ° 58′55 ″ з.д. /