Ames National Laboratory
Etablerade | 1947 |
---|---|
Forskningstyp | Oklassificerad |
Budget | 60 miljoner dollar |
Direktör | Adam Schwartz |
Personal | 473 |
Studenter | 198 |
Plats |
Ames, IA Koordinater : |
Driftsbyrå |
Iowa State University |
Hemsida | Ames National Laboratory |
Ames National Laboratory , tidigare Ames Laboratory , är ett nationellt laboratorium för United States Department of Energy som ligger i Ames, Iowa , och är anslutet till Iowa State University . Det är ett nationellt laboratorium på toppnivå för forskning om nationell säkerhet, energi och miljö. Laboratoriet bedriver forskning inom områden av nationellt intresse, inklusive syntes och studier av nya material , energiresurser, höghastighetsdatordesign och miljösanering och restaurering . Det ligger på campus vid Iowa State University.
I januari 2013 tillkännagav Department of Energy inrättandet av Critical Materials Institute (CMI) vid Ames Laboratory, med uppdraget att utveckla lösningar på den inhemska bristen på sällsynta jordartsmetaller och andra material som är avgörande för USA:s energisäkerhet .
Historia
1940-talet
1942 gick Frank Spedding från Iowa State College , en expert på kemi av sällsynta jordartsmetaller , med på att inrätta och leda ett kemiskt forsknings- och utvecklingsprogram, sedan kallat Ames Project , för att åtfölja Manhattan Projects befintliga fysikprogram . Dess syfte var att producera högrent uran från uranmalmer . Harley Wilhelm utvecklade nya metoder för att både reducera och gjuta uranmetall, vilket gjorde det möjligt att gjuta stora göt av metallen och minska produktionskostnaderna med så mycket som tjugofaldigt. Ungefär en tredjedel, eller cirka två ton, av uranet som användes i den första självförsörjande kärnreaktionen vid University of Chicago tillhandahölls genom dessa procedurer, nu kända som Ames-processen . Ames-projektet producerade mer än två miljoner pund (1 000 korta ton; 910 000 kg) uran för Manhattan-projektet tills industrin tog över processen 1945.
Ames-projektet fick Army-Navy 'E' Award for Excellence in Production den 12 oktober 1945, vilket betyder två och ett halvt år av excellens i industriell produktion av metalliskt uran som ett viktigt krigsmaterial. Iowa State University är unikt bland utbildningsinstitutioner som har fått denna utmärkelse för enastående service, en ära som normalt ges till industrin. Andra viktiga prestationer relaterade till projektet var:
- Utveckling av en process för att återvinna uran från skrotmaterial och omvandla det till bra göt.
- Utveckling av en jonbytesprocess för att separera sällsynta jordartsmetaller från varandra i gramkvantiteter - något som inte är möjligt med andra metoder.
- Utveckling av en storskalig produktionsprocess för torium med en bombreducerande metod.
Ames Laboratory inrättades formellt 1947 av United States Atomic Energy Commission som ett resultat av Ames-projektets framgångar.
1950-talet
Under 1950-talet ökade labbets växande rykte för sitt arbete med sällsynta jordartsmetaller snabbt dess arbetsbörda. När landet utforskade användningen av kärnkraft studerade labbforskare kärnbränslen och konstruktionsmaterial för kärnreaktorer . Processer utvecklade vid Ames Laboratory resulterade i produktionen av de renaste sällsynta jordartsmetallerna i världen samtidigt som de kraftigt sänkte deras pris. I de flesta fall fungerade labbanläggningar som modeller för storskalig produktion av sällsynta jordartsmetaller. Laboratorieforskare drog fördel av Iowa State Universitys synkrotron för att bedriva fysikforskning med medelenergi. Ansträngningarna inom analytisk kemi utökades för att hålla jämna steg med behovet av att analysera nya material.
Andra viktiga prestationer från 1950-talet var:
- Utveckling av processer för att separera hafnium , niob , barium , strontium , cesium och rubidium .
- Upptäckt av en ny isotop , fosfor -33.
- Separation av oxider av hög renhet av sällsynta jordartsmetaller i kilogram kvantiteter.
- Utveckling av en metod för att separera plutonium och klyvningsprodukter från använt uranbränsle .
- yttriummetall med hög renhet i stora kvantiteter, fraktade mer än 18 000 pund (8 200 kg) innan industrin tog över processen.
1960-talet
Under 1960-talet nådde labbet toppsysselsättning när dess forskare fortsatte att utforska nya material. Som en del av det arbetet byggde labbet en 5 megawatt tungvattenreaktor för neutrondiffraktionsstudier och ytterligare isotopseparationsforskning . United States Atomic Energy Commission etablerade informationscentret för sällsynta jordartsmetaller vid Ames Lab för att ge de vetenskapliga och tekniska gemenskaperna information om sällsynta jordartsmetaller och deras föreningar.
Andra viktiga prestationer från 1960-talet var:
- Utveckling av en process för att producera toriummetall med en renhet på 99,985 procent.
- Utveckling av en process för framställning av högren vanadinmetall för nukleära tillämpningar.
- Upptäckten av en ny isotop , koppar -69.
- Genomförde den första framgångsrika operationen av en isotopseparator kopplad till en reaktor för att studera kortlivad radioaktivitet producerad genom fission av uran -235.
- Tillväxt av den första stora kristallen av fast helium
1970-talet
Under 1970-talet, när Förenta staternas atomenergikommission utvecklades till USA:s energidepartement , diversifierades ansträngningarna när vissa forskningsprogram stängdes och nya öppnades. Federala tjänstemän konsoliderade reaktoranläggningar, vilket ledde till att forskningsreaktorn stängdes. Ames Laboratory svarade genom att lägga ny tonvikt på tillämpad matematik , solenergi , fossila bränslen och föroreningskontroll. Innovativa analystekniker utvecklades för att ge exakt information från allt mindre prover. Främst bland dem var induktivt kopplad plasma -atomemissionsspektroskopi , som snabbt och samtidigt kunde detektera upp till 40 olika spårmetaller från ett litet prov.
Andra viktiga prestationer från 1970-talet var:
- Utveckling av en mycket känslig teknik för direkt analys av kvicksilver i luft, vatten, fisk och jord.
- Utveckling av en metod för att isolera små mängder organiska föreningar som finns i vatten.
- Utveckling av en process för att ta bort koppar, tenn och krom från bilskrot, vilket ger återvunnet stål tillräckligt rent för direkt återanvändning.
- Utveckling av en bildförstärkarskärm som avsevärt minskade exponeringen för medicinsk röntgenstrålning .
- Utveckling av en solvärmemodul som både kunde lagra och överföra solenergi .
1980-talet
Under 1980-talet utvecklades forskningen vid Ames Laboratory för att möta lokala och nationella energibehov. Fossil energiforskning fokuserade på sätt att bränna kol renare. Ny teknik utvecklades för att sanera kärnavfallsplatser . Högpresterande datorforskning utökade programmen för tillämpad matematik och fysik i fast tillstånd . Ames Laboratory blev en nationell ledare inom områdena supraledning och oförstörande utvärdering . Dessutom etablerade DOE Materials Preparation Center för att ge allmänheten tillgång till utvecklingen av nya material.
Andra viktiga prestationer från 1980-talet var:
- Utveckling av en vätskeövergångssolcell som var effektiv, hållbar och giftfri .
- Fick medel från försvarsdepartementet för att utveckla oförstörande utvärderingstekniker för flygplan.
- Blev DOE:s ledande laboratorium för att hantera miljöbedömning av energiåtervinningsprocesser .
- Utveckling av en ny metod för att legera ren neodym med järn , som producerar råvaran för en mycket använd neodymmagnet .
- Assisterade vid utvecklingen av Terfenol , som ändrar form i ett magnetfält, vilket gör den idealisk för ekolods- och givaretillämpningar .
1990-talet
Uppmuntrad av USA:s energidepartement fortsatte Ames Laboratory på 1990-talet sina ansträngningar att överföra grundläggande forskningsrön till industrin för utveckling av nya material, produkter och processer. Scalable Computing Laboratory grundades för att hitta sätt att göra parallell datoranvändning tillgänglig och kostnadseffektiv för forskarvärlden. Forskare upptäckte det första exemplet utan kol på buckyballs , ett nytt material som är viktigt inom mikroelektronikområdet . Forskare utvecklade en DNA- sekvenserare som var 24 gånger snabbare än andra enheter, och en teknik som bedömde arten av DNA-skador av kemiska föroreningar.
Andra viktiga prestationer på 1990-talet var:
- Utveckling av HINT- benchmarking-tekniken som objektivt jämförde datorer av alla storlekar, nu stödd av Brigham Young Universitys HINT-sajt.
- Förbättring av en metod för högtrycksgasatomisering för att omvandla smält metall till finkorniga metallpulver.
- Förutsägelse av geometrin för en keramisk struktur med ett fotoniskt bandgap . Dessa strukturer kan förbättra effektiviteten hos lasrar , avkänningsanordningar och antenner .
- Upptäckten av en ny klass av material som kan göra magnetisk kylning till en hållbar kylteknik för framtiden.
- Utveckling av ett höghållfast blyfritt lod som är starkare, lättare att använda, står sig bättre under hög värme och är miljösäkert.
- Utveckling av nya, platinamodifierade nickel-aluminidbeläggningar som levererade oöverträffad oxidation och fasstabilitet som bindningsskikt i termiska barriärbeläggningar, vilket kan förbättra hållbarheten hos gasturbinmotorer, vilket gör att de kan arbeta vid högre temperaturer och förlänga deras livslängd.
- Upptäckt av intermetalliska föreningar som är formbara vid rumstemperatur, och som kan användas för att producera praktiska material från beläggningar som är mycket motståndskraftiga mot korrosion och starka vid höga temperaturer till flexibla supraledande ledningar och kraftfulla magneter.
- Forskning om fotofysik av självlysande organiska tunna filmer och organiska lysdioder resulterade i en ny integrerad syrgassensor och ett nytt sensorföretag.
- Utveckling av en biosensorteknologi som hjälper till att fastställa en individs risk att få cancer av kemiska föroreningar.
- Utveckling av en kapillärelektroforesenhet som kan analysera flera kemiska prover samtidigt. Denna enhet har tillämpningar inom läkemedels-, genetik-, medicin- och kriminaltekniska områden.
- Design och demonstration av fotoniska bandgapkristaller, ett geometriskt arrangemang av dielektriska material som tillåter ljus att passera utom när frekvensen faller inom ett förbjudet område. Dessa material skulle göra det lättare att utveckla många praktiska enheter, inklusive optiska lasrar, optiska datorer och solceller.
2000-talet
- Utveckling av en mekanokemisk process som är ett lösningsmedelsfritt sätt att framställa organiska föreningar i fast tillstånd. Den används för att studera nya, komplexa hydridmaterial som skulle kunna tillhandahålla en lösning för säker lagring av hög kapacitet som behövs för att göra vätgasdrivna fordon livskraftiga.
- Utveckling av avancerad elektrisk drivmotorteknik genom design av en högpresterande permanentmagnetlegering som arbetar med god magnetisk styrka vid 200 grader Celsius, eller 392 grader Fahrenheit, för att hjälpa till att göra elektriska drivmotorer mer effektiva och kostnadseffektiva.
- Efterliknar bakterier för att syntetisera magnetiska nanopartiklar som kan användas för läkemedelsinriktning och leverans, i magnetiskt bläck och minnesenheter med hög densitet, eller som magnetiska tätningar i motorer.
- Genom att kombinera förgasning med högteknologiska porösa katalysatorer i nanoskala, hoppas de kunna skapa etanol från ett brett utbud av biomassa, inklusive destillationsspannmål som blivit över från etanolproduktion, majsstover från fältet, gräs, trämassa, animaliskt avfall och sopor.
- Upptäckten av en bor-aluminium-magnesium-keramisk legering som uppvisar exceptionell hårdhet. Att lägga till en beläggning av BAM på bladen kan minska friktionen och öka slitstyrkan, vilket kan ha en betydande effekt för att öka effektiviteten hos pumpar, som används i alla typer av industriella och kommersiella tillämpningar.
- Material som producerats av Ames Laboratory's Material Preparation Center (MPC) lanserades i yttre rymden som en del av Europeiska rymdorganisationens Planck-uppdrag . Den MPC-producerade lantan-nickel-tennlegeringen användes i Plancks krykylsystem för att kyla instrument under rymduppdraget.
- Utveckling av osgBullet, ett mjukvarupaket som skapar 3D-datorsimuleringar i realtid som kan hjälpa ingenjörer att designa komplexa system allt från nästa generations kraftverk till högeffektiva bilar. OsgBullet-mjukvaran vann en 2010 R&D 100 Award.
- Forskning som bekräftar negativ brytning kan observeras i fotoniska kristaller i mikrovågsområdet i det elektromagnetiska spektrumet, vilket flyttar fysiker ett steg närmare att konstruera material som uppvisar negativ brytning vid optiska våglängder och förverkliga den mycket eftertraktade superlinsen .
2011 och framåt
- Utveckling av en ny legering som uppnådde en 25-procentig förbättring av förmågan hos ett nyckelmaterial att omvandla värme till elektrisk energi, vilket en dag kan förbättra effektiviteten i bilar, militära fordon och storskaliga kraftgenererande anläggningar.
- Undertecknade ett samförståndsavtal med Korean Institute of Industrial Technology för att främja internationellt samarbete inom forskning om sällsynta jordartsmetaller.
- Dan Shechtman , en forskare från Ames Laboratory, vann 2011 års Nobelpris i kemi för upptäckten av kvasikristaller.
- Gasatomiseringsteknik användes för att tillverka titanpulver med processer som är tio gånger effektivare än traditionella pulvertillverkningsmetoder, vilket avsevärt sänker kostnaderna för titanpulver för tillverkarna. Tekniken ledde till bildandet av ett företag som vann Obama-administrationens America's Next Top Energy Innovators Challenge. Företaget baserat på tekniken, Iowa Powder Atomization Technology, vann också 2012 års John Pappajohn Iowa Business Plan-tävling.
- Banbrytande masspektrometrimetoder som utvecklats vid Ames Laboratory hjälper växtbiologer att få sina första glimtar av aldrig tidigare skådade växtvävnadsstrukturer, ett framsteg som öppnar nya studier som kan ha långvariga konsekvenser för biobränsleforskning och grödorgenetik.
- Forskare reder ut mysterierna med exotiska supraledare, material som när de kyls har noll elektriskt motstånd, vilket en dag kan bidra till att öka effektiviteten i kraftdistributionen.
- Upptäckten av den underliggande ordningen inom metallglas, som kan vara nyckeln till förmågan att skapa nya högteknologiska legeringar med specifika egenskaper.
- Upptäckten av nya sätt att använda en välkänd polymer i organiska lysdioder ( OLED ), som skulle kunna eliminera behovet av en allt mer problematisk och brytbar metalloxid som används i skärmar i datorer, tv-apparater och mobiltelefoner.
- Undersöker sätt att perfektionera nästa generations strömkabel gjord av en aluminium- och kalciumkomposit. Kablar av denna komposit skulle vara lättare och starkare och dess ledningsförmåga minst 10 procent bättre än befintliga material för likström, ett växande segment av global kraftöverföring.
- DOE tilldelade 120 miljoner dollar till Ames Laboratory 2013 för att starta en ny energiinnovationshub, Critical Materials Institute, som kommer att fokusera på att hitta och kommersialisera sätt att minska beroendet av de kritiska materialen som är avgörande för amerikansk konkurrenskraft inom ren energiteknik.
- Förvärv av 3-D-utskriftsteknik, som kommer att påskynda sökandet efter alternativ till sällsynta jordartsmetaller och andra kritiska metaller samt hjälpa till att utveckla processer som kommer att skapa unika material och strukturer under tryckprocessen.
- Banade mark 2014 på en ny toppmodern anläggning för känsliga instrument (SIF). SIF kommer att vara det nya hemmet för laboratoriets befintliga scanningstransmissionselektronmikroskop och en del ny mycket känslig utrustning, vilket ger en miljö isolerad från vibrationer, elektromagnetiska och andra typer av störningar som kan skymma detaljer i atomär skala från fri sikt. SIF var planerat att stå klart 2015.
- Avslöjar mysterierna med nya material med hjälp av ultrasnabb laserspektroskopi, liknande höghastighetsfotografering där många snabba bilder avslöjar subtila rörelser och förändringar inuti materialen. Att se denna dynamik är en framväxande strategi för att bättre förstå hur nya material fungerar så att de kan användas för att möjliggöra ny energiteknik.
- Skapande av en snabbare, renare biobränsleraffineringsteknik som inte bara kombinerar processer utan använder allmänt tillgängliga material för att minska kostnaderna.
- Hem till en dynamisk nukleär polarisation (DNP) solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spektrometer som hjälper forskare att förstå hur enskilda atomer är ordnade i material. Ames Laboratorys DNP-NMR är den första som används för materialvetenskap och kemi i USA.
- För att fira 75-årsdagen av dess etablering som ett DOE-nationellt laboratorium, döps Ames Laboratory om till Ames National Laboratory den 14 juli 2022.
Ames Laboratory chefer
# | Direktör | Terminsstart | Slutet av terminen |
---|---|---|---|
1 | Frank Spedding | 1947 | 1968 |
2 | Robert Hansen | 1968 | 1988 |
3 | Thomas Barton | 1988 | 2007 |
4 | Alexander King | 2008 | 2013 |
5 | Adam Schwartz | 2014 |
Anmärkningsvärda alumner och fakulteter
Frank Spedding (BS 1925, MS 1926) (död 1984), ledde kemifasen av Manhattanprojektet under andra världskriget, vilket ledde till världens första kontrollerade kärnreaktion. Han var Iowa State andra medlem av National Academy of Sciences och den första chefen för Ames Laboratory. Dr Spedding vann Langmuir Award 1933, bara Oscar K. Rice och Linus Pauling föregick honom i denna prestation. Priset kallas nu Award in Pure Chemistry of the American Chemical Society . Han var den första framstående professorn i vetenskap och humaniora vid Iowa State (1957). Ytterligare utmärkelser inkluderade: William H. Nichols Award från New York-sektionen av American Chemical Society (1952); James Douglas Gold Medal från American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers (1961) för prestationer inom icke-järnmetallurgi; och Francis J. Clamer Award från Franklin Institute (1969) för framgångar inom metallurgi.
Harley Wilhelm (Ph.D. 1931) (död 1995), utvecklade den mest effektiva processen för att producera uranmetall för Manhattan-projektet, Ames-processen , en process som fortfarande används.
Velmer A. Fassel (Ph.D. 1947) (död 1998), utvecklade den analytiska processen för induktivt kopplad plasma atomemissionsspektroskopi (ICP-AES), som används för kemisk analys över hela världen; tidigare biträdande chef för Ames Laboratory.
Karl A. Gschneidner, Jr. (BS 1952, Ph.D 1957) (död) valdes stipendiat vid National Academy of Engineering 2007. Gschneidner var en världsauktoritet inom fysikalisk metallurgi och termiskt och elektriskt beteende hos sällsynta jordartsmetaller . Gschneidner var en Fellow i Minerals, Metals and Materials Society, Fellow i American Society for Materials International och Fellow i American Physical Society .
James Renier (Ph.D. 1955) (död 2019), ordförande och verkställande direktör för Honeywell Inc. (1988–93).
Darleane C. Hoffman (Ph.D. 1951) , en mottagare av National Medal of Science 1997 , hjälpte till att bekräfta existensen av element 106, seaborgium .
John Weaver (Ph.D. 1973) , utsedd till Årets vetenskapsman 1997 av R&D Magazine. Weaver leder institutionen för materialvetenskap och teknik vid University of Illinois, Urbana-Champaign.
James Halligan (BS 1962, MS 1965, Ph.D. 1967) , president för Oklahoma State University (1994–2002).
Allan Mackintosh (död 1995), expert på sällsynta jordartsmetaller och ordförande för European Physical Society .
James W. Mitchell (Ph.D. 1970) , utnämnd till Iowa State Universitys första George Washington Carver- professor 1994. Han vann två R&D 100 Awards och det prestigefyllda Percy L. Julian Research Award som ges av National Organization for the Professional Advancement of Black Kemister och kemiingenjörer för innovativ industriell forskning. Mitchell var vice VD för Materials Research Laboratory vid Bell Laboratories , Lucent Technologies .
John Corbett (död 2013), kemi och Ames Laboratory, medlem av National Academy of Sciences , skapade det första exemplet utan kol på buckyballs ; upptäckt mer än 1 000 nya material.
Kai-Ming Ho , Che-Ting Chan och Costas Soukoulis , fysik och Ames Laboratory, var de första som designade och demonstrerade förekomsten av fotoniska bandgapkristaller, en upptäckt som ledde till utvecklingen av det snabbt expanderande fältet av fotoniska kristaller . Fotoniska kristaller förväntas ha revolutionerande tillämpningar inom optisk kommunikation och andra områden av ljusteknik. Soukoulis är mottagare av Descartes-priset för excellens i vetenskaplig kollaborativ forskning, Europeiska unionens högsta utmärkelse inom vetenskapsområdet.
Dan Shechtman , materialvetenskap och teknik och Ames Laboratory, vinnare av 2011 års Nobelpris i kemi .
Patricia Thiel (död 2020), kemi och Ames Laboratory, fick en av de första 100 National Science Foundation Women in Science and Engineering Awards (utdelades 1991). Mottog även AVS Medard W. Welch Award, som erkänner enastående forskning inom områdena material, gränssnitt och bearbetning (utdelades 2014).
Edward Yeung , kemi och Ames Lab, första person som kvantitativt analyserade det kemiska innehållet i en enda mänsklig röda blodkropp, med hjälp av en enhet som han designade och byggde; utvecklingen kan leda till förbättrad upptäckt av AIDS, cancer och genetiska sjukdomar som Alzheimers, muskeldystrofi och Downs syndrom. Yeung har vunnit fyra R&D 100 Awards och ett Editor's Choice-pris från R&D Magazine för detta banbrytande arbete. Han var 2002 mottagare av American Chemical Society Award in Chromatography för sin forskning inom kemisk separation.
Klaus Rudenberg , fysik och Ames Laboratory, 2001 mottagare av American Chemical Society Award in Theoretical Chemistry för sin innovativa forskning inom teoretisk kemi .
Paul Canfield, Sergey Bud'ko, Costas Soukoulis , fysik och Ames Laboratory, utsedd till Thomas Reuters' World's Most Influential Scientific Minds 2014. Priset uppmärksammar det största antalet mycket citerade artiklar (bland de 1 procenten för sitt ämnesområde och år). av publicering mellan 2002 och 2012).
Costas Soukoulis , fysik och Ames Laboratory, fick Max Born Award från Optical Society of America 2014. Priset hedrar en vetenskapsman som har gjort enastående bidrag till det vetenskapliga området fysisk optik.
- ^ "Materialförberedelser centrerar" . Ames Lab . Hämtad 17 juli 2013 .
- ^ "Huvudsida" . Skalbart datorlaboratorium. Arkiverad från originalet den 2 juli 2013 . Hämtad 17 juli 2013 .
- ^ "TIPS" . Brigham Young University. Arkiverad från originalet 2013-07-24 . Hämtad 17 juli 2013 .
- ^ Turner, Roger (21 juni 2019). "Ett strategiskt tillvägagångssätt för sällsynta jordartselement när globala handelsspänningar blossar upp" . www.greentechmedia.com .
- ^ "Ames Laboratory är nu Ames National Laboratory | Ames Laboratory" . www.ameslab.gov . Hämtad 14 juli 2022 .
- ^ "James J. Renier dödsruna" . Minneapolis Star Tribune . Hämtad 12 april 2022 .
- ^ "ACS-utmärkelse i kromatografi" . American Chemical Society . Hämtad 12 april 2022 .