Argonne National Laboratory

Argonne National Laboratory
Argonnelablogo.PNG
Etablerade 8 februari 1946 ; 77 år sedan ( 1946-02-08 )
Forskningstyp Forskning
Budget 1,2 miljarder USD (2020)
Forskningsområde





Fysisk vetenskap Livsvetenskap Miljövetenskap Energivetenskap Fotonvetenskap Datavetenskap Beräkningsvetenskap
Direktör Paul Kearns
Personal 3400
Adress 9700 S. Cass Avenue
Plats Lemont , Downers Grove Township, DuPage County , Illinois, USA
Campus 1 700 acres (6,9 km 2 )
Tillhörigheter

United States Department of Energy University of Chicago Jacobs Engineering
Driftsbyrå
 UChicago Argonne LLC


Enrico Fermi Maria Goeppert Mayer Alexei Alexeyevich Abrikosov
Hemsida www.anl.gov
Flygfoto över Argonne National Laboratory

Argonne National Laboratory är ett nationellt forsknings- och ingenjörslaboratorium som drivs av UChicago Argonne LLC för United States Department of Energy . Anläggningen ligger i Lemont, Illinois , utanför Chicago , och är det största nationella laboratoriet till storlek och omfattning i Mellanvästern.

Argonne hade sin början i Metallurgical Laboratory vid University of Chicago , som delvis bildades för att utföra Enrico Fermis arbete med kärnreaktorer för Manhattanprojektet under andra världskriget . Efter kriget utsågs det till det första nationella laboratoriet i USA den 1 juli 1946. Under efterkrigstiden fokuserade labbet främst på icke-vapenrelaterad kärnfysik, och designade och byggde de första kraftproducerande kärnreaktorerna , hjälpa till att designa de reaktorer som används av USA:s kärnvapenflotta , och en mängd olika liknande projekt. 1994 avslutades labbets kärnkraftsuppdrag, och även om det fortsätter att stödja många typer av kärnvetenskap och teknologisk forskning, har det också en bred portfölj inom grundläggande vetenskaplig forskning, energilagring och förnybar energi, miljömässig hållbarhet , superdatorer och nationell säkerhet .

UChicago Argonne, LLC, operatören av laboratoriet, "för samman expertis från University of Chicago (den enda medlemmen av LLC) med Jacobs Engineering Group Inc. " Argonne är en del av den växande Illinois Technology and Research Corridor . Argonne drev tidigare en mindre anläggning som heter Argonne National Laboratory-West (eller helt enkelt Argonne-West) i Idaho bredvid Idaho National Engineering and Environmental Laboratory. 2005 slogs de två Idaho-baserade laboratorierna samman för att bli Idaho National Laboratory .

Översikt

Argonne har fem huvudsakliga fokusområden. Dessa mål, som anges av DOE 2008, består av:

  • Att bedriva grundläggande vetenskaplig forskning ;
  • Drift av nationella vetenskapliga anläggningar;
  • Förbättra nationens energiresurser;
  • Utveckla bättre sätt att hantera miljöproblem;
  • Skydda den nationella säkerheten.

Historia

Albert Crewe (höger), Argonnes tredje regissör, ​​står bredvid Zero Gradient Synchrotrons Cockcroft -Walton-generator .

Det som skulle bli Argonne började 1942 som Metallurgical Laboratory vid University of Chicago , som hade blivit en del av Manhattan Project . Met Lab byggde Chicago Pile-1 , världens första kärnreaktor , under läktaren på University of Chicagos sportstadion. Ansågs vara osäker, 1943, rekonstruerades CP-1 som CP-2, i vad som idag är känt som Red Gate Woods men var då Argonne Forest i Forest Preserve District i Cook County nära Palos Hills . Labbet fick sitt namn efter den omgivande skogen, som i sin tur fick sitt namn efter Forest of Argonne i Frankrike där amerikanska trupper kämpade i första världskriget . Fermis hög skulle ursprungligen byggas i Argonneskogen och byggplaner sattes igång, men en arbetskonflikt fick projektet att stanna. Eftersom hastigheten var av största vikt flyttades projektet till squashbanan under Stagg Field , fotbollsstadion på campus vid University of Chicago. Fermi berättade att han var säker på sina beräkningar, som sa att det inte skulle leda till en skenande reaktion, som skulle ha förorenat staden.

Andra aktiviteter lades till Argonne under de kommande fem åren. Den 1 juli 1946 omcharterades "Metallurgical Laboratory" formellt som Argonne National Laboratory för "samarbetsforskning inom nukleonik." På begäran av den amerikanska atomenergikommissionen började man utveckla kärnreaktorer för landets fredliga kärnenergiprogram. I slutet av 1940-talet och början av 1950-talet flyttade laboratoriet till en större plats i det oinkorporerade DuPage County, Illinois och etablerade en avlägsen plats i Idaho , kallad "Argonne-West", för att bedriva ytterligare kärnforskning.

I snabb följd designade och byggde laboratoriet Chicago Pile 3 (1944), världens första tungvattenmodererade reaktor , och Experimental Breeder Reactor I (Chicago Pile 4), inbyggd Idaho, som tände en sträng av fyra glödlampor med världens första kärnkraftsgenererade elektricitet 1951. BWR -kraftverksreaktorn, nu den näst mest populära designen i världen, kom från BORAX-experimenten . En komplett lista över de reaktorer som är designade och i de flesta fall byggda och drivna av Argonne kan ses på sidan " Reaktorer designade av Argonne" .

Kunskapen från Argonne-experimenten som genomfördes med dessa reaktorer 1) utgjorde grunden för designen av de flesta kommersiella reaktorer som för närvarande används över hela världen för elkraftgenerering och 2) informerade om de nuvarande utvecklande designerna av flytande metallreaktorer för framtida kommersiella kraftverk.

Genom att utföra hemligstämplad forskning var laboratoriet hårt säkrat; alla anställda och besökare behövde märken för att passera en checkpoint, många av byggnaderna var hemligstämplade och själva laboratoriet var inhägnat och bevakat. Sådant lockande hemlighetsmakeri lockade besökare både auktoriserade – inklusive kung Leopold III av Belgien och drottning Frederica av Grekland – och obehöriga. Strax efter 01:00 den 6 februari 1951 upptäckte Argonne-vakter reportern Paul Harvey nära det 3,0 m långa stängslet, hans rock trasslade in i taggtråden. Vakterna genomsökte hans bil och hittade en tidigare förberedd sändning på fyra sidor som beskriver sagan om hans obehöriga inträde i en hemligstämplad "het zon". Han ställdes inför en federal storjury anklagad för konspiration för att få information om nationell säkerhet och överföra den till allmänheten, men åtalades inte.

Men inte all kärnteknik gick till att utveckla reaktorer. När han designade en skanner för reaktorbränsleelement 1957, satte Argonne-fysikern William Nelson Beck sin egen arm inuti skannern och fick en av de första ultraljudsbilderna av människokroppen. Fjärrmanipulatorer utformade för att hantera radioaktiva material lade grunden för mer komplexa maskiner som används för att städa upp förorenade områden, förseglade laboratorier eller grottor. 1964 öppnade "Janus"-reaktorn för att studera effekterna av neutronstrålning på biologiskt liv, vilket gav forskning för riktlinjer för säkra exponeringsnivåer för arbetare vid kraftverk, laboratorier och sjukhus. Forskare vid Argonne banade väg för en teknik för att analysera månens yta med hjälp av alfastrålning, som lanserades ombord på Surveyor 5 1967 och senare analyserade månprover från Apollo 11- uppdraget.

Förutom kärnkraftsarbete behöll laboratoriet en stark närvaro i grundforskningen inom fysik och kemi . År 1955 upptäckte Argonne-kemisterna grundämnena einsteinium och fermium , grundämnena 99 och 100 i det periodiska systemet . 1962 producerade laboratoriekemister den första föreningen av den inerta ädelgasen xenon , vilket öppnade upp ett nytt område för forskning om kemisk bindning. 1963 upptäckte de den hydratiserade elektronen .

Högenergifysiken tog ett steg framåt när Argonne valdes som platsen för 12,5 GeV Zero Gradient Synchrotron, en protonaccelerator som öppnade 1963. En bubbelkammare gjorde det möjligt för forskare att spåra rörelserna hos subatomära partiklar när de slingrade sig genom kammaren; 1970 observerade de neutrinon i en bubbelkammare för väte för första gången.

Samtidigt hjälpte laboratoriet också till att designa reaktorn för världens första kärnkraftsdrivna ubåt , USS . Nautilus , som ångade mer än 513 550 nautiska mil (951 090 km) Nästa kärnreaktormodell var Experimental Boiling Water Reactor , föregångaren till många moderna kärnkraftverk, och Experimental Breeder Reactor II (EBR-II), som var natriumkyld och inkluderade en bränsleåtervinningsanläggning. EBR-II modifierades senare för att testa andra reaktorkonstruktioner, inklusive en snabbneutronreaktor och, 1982, konceptet Integral Fast Reactor - en revolutionerande design som upparbetade sitt eget bränsle, minskade dess atomavfall och klarade säkerhetstester av samma misslyckanden som utlöste katastroferna i Tjernobyl och Three Mile Island . Men 1994 avslutade den amerikanska kongressen finansieringen av huvuddelen av Argonnes kärnkraftsprogram.

Argonne flyttade för att specialisera sig inom andra områden, samtidigt som hon utnyttjade sin erfarenhet inom fysik, kemivetenskap och metallurgi . 1987 var laboratoriet det första som framgångsrikt demonstrerade en banbrytande teknik som kallas plasma wakefield acceleration, som accelererar partiklar på mycket kortare avstånd än konventionella acceleratorer. Det odlade också ett starkt batteriforskningsprogram .

Efter en stor push av dåvarande direktören Alan Schriesheim, valdes laboratoriet ut som platsen för Advanced Photon Source, en stor röntgenanläggning som färdigställdes 1995 och producerade de ljusaste röntgenstrålarna i världen vid tidpunkten för dess konstruktion.

En video från Department of Energy om IVN-Tandem vid Argonne National Laboratory.

Den 19 mars 2019 rapporterades det i Chicago Tribune att laboratoriet byggde världens kraftfullaste superdator. Den kostar 500 miljoner dollar och kommer att ha en processorkraft på 1 kvintiljon floppar. Tillämpningar kommer att omfatta analys av stjärnor och förbättringar i elnätet.

Direktörer

Under loppet av dess historia har 13 personer fungerat som Argonne-direktör:

Initiativ

Argonnes IBM Blue Gene/Q superdator .
  • Hård röntgenvetenskap : Argonne är hem för en av världens största högenergiljuskällor: Advanced Photon Source ( APS). Varje år gör forskare tusentals upptäckter medan de använder APS för att karakterisera både organiska och oorganiska material och till och med processer, till exempel hur fordonsbränsleinsprutare sprutar bensin i motorer.
  • Leadership Computing : Argonne har en av de snabbaste datorerna för öppen vetenskap och har utvecklat systemprogramvara för dessa enorma maskiner. Argonne arbetar för att driva utvecklingen av ledarskapsdatorer från petascale till exascale , utveckla nya koder och datormiljöer och utöka beräkningsinsatser för att hjälpa till att lösa vetenskapliga utmaningar. Till exempel i oktober 2009 tillkännagav laboratoriet att det skulle inleda ett gemensamt projekt för att utforska cloud computing för vetenskapliga ändamål. På 1970-talet översatte Argonne de Numerische Mathematik numeriska linjära algebraprogrammen från ALGOL till Fortran och detta bibliotek utökades till LINPACK och EISPACK , av Cleve Moler, et al.
  • Material för energi : Argonne-forskare arbetar med att förutsäga, förstå och kontrollera var och hur man placerar enskilda atomer och molekyler för att uppnå önskade materialegenskaper. Bland andra innovationer hjälpte Argonne-forskare till att utveckla en isslurry för att kyla organen hos hjärtinfarktsoffer, beskrev vad som gör diamanter hala på nanoskalanivå och upptäckte ett superisolerande material som motstår flödet av elektrisk ström mer fullständigt än något annat tidigare material.
  • Elektrisk energilagring : Argonne utvecklar batterier för elektrisk transportteknik och nätlagring för intermittenta energikällor som vind eller sol , såväl som de tillverkningsprocesser som behövs för dessa materialintensiva system. Laboratoriet har arbetat med avancerad forskning och utveckling av batterimaterial i över 50 år. Under de senaste 10 åren har laboratoriet fokuserat på litiumjonbatterier , och i september 2009 tillkännagav det ett initiativ för att utforska och förbättra deras kapacitet. Argonne har också en oberoende batteritestanläggning, som testar provbatterier från både statlig och privat industri för att se hur väl de presterar över tid och under värme- och kylapåfrestningar.
  • Alternativ energi och effektivitet : Argonne utvecklar både kemiska och biologiska bränslen skräddarsydda för nuvarande motorer samt förbättrade förbränningssystem för framtida motorteknologier. Laboratoriet har också rekommenderat bästa praxis för att spara bränsle; till exempel en studie som rekommenderade att man installerade extra hyttvärmare för lastbilar i stället för att gå på tomgång. Samtidigt för solenergi på solbränsle och solenergi-elektriska enheter och system som är skalbara och ekonomiskt konkurrenskraftiga med fossila energikällor. Argonne-forskare utforskar också bästa praxis för ett smart nät , både genom att modellera kraftflödet mellan kraftverk och hem och genom att undersöka tekniken för gränssnitt.
  • Kärnenergi : Argonne genererar avancerad reaktor- och bränslecykelteknik som möjliggör säker, hållbar generering av kärnkraft . Argonne-forskare utvecklar och validerar beräkningsmodeller och reaktorsimuleringar av framtida generationens kärnreaktorer . Ett annat projekt studerar hur man kan upparbeta använt kärnbränsle så att avfallet minskar med upp till 90 %.
  • Biologiska och miljömässiga system : För att förstå de lokala effekterna av klimatförändringar krävs integration av samspelet mellan miljön och mänskliga aktiviteter. Argonne-forskare studerar dessa samband från molekyl till organism till ekosystem. Program inkluderar biosanering genom att använda träd för att dra ut föroreningar ur grundvattnet ; biochips för att upptäcka cancer tidigare; ett projekt för att inrikta sig på cancerceller med hjälp av nanopartiklar ; jordmetagenomik ; _ och en användaranläggning för forskningsprojektet Atmospheric Radiation Measurement klimatförändringar .
  • Nationell säkerhet : Argonne utvecklar säkerhetsteknik som kommer att förhindra och mildra händelser med potential för massstörning eller förstörelse. Dessa inkluderar sensorer som kan detektera kemiska, biologiska, nukleära och explosiva material; bärbara Terahertz-strålningsmaskiner ("T-ray") som upptäcker farliga material lättare än röntgenstrålar på flygplatser; och spåra och modellera de möjliga vägarna för kemikalier som släpps ut i en tunnelbana.

Användarfaciliteter

Argonne's Center for Nanoscale Materials
Argonne's Center for Nanoscale Materials .

Argonne bygger och underhåller vetenskapliga anläggningar som skulle vara för dyra för ett enda företag eller universitet att bygga och driva. Dessa anläggningar används av forskare från Argonne, privat industri, akademi, andra nationella laboratorier och internationella vetenskapliga organisationer.

Centers

  • Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS) Center är ett Energy Frontier Research Center som sponsras av US Department of Energy. Leds av Argonne National Laboratory och inklusive University of Chicago och Northwestern University som partners, arbetar AMEWS för att lösa de utmaningar som finns i gränssnittet mellan vatten och de material som utgör systemen som hanterar, bearbetar och behandlar vatten.
  • Electron Microscopy Center (EMC): en av tre DOE-stödda vetenskapliga användaranläggningar för elektronstrålemikrokarakterisering. EMC genomför in situ-studier av transformationer och defektprocesser, jonstrålemodifiering och strålningseffekter, supraledare, ferroelektrik och gränssnitt. Dess mellanspänningselektronmikroskop, som är kopplat till en accelerator, representerar det enda sådana systemet i USA.
  • Biology Center (SBC): SBC är en användaranläggning utanför röntgenanläggningen Advanced Photon Source, som är specialiserad på makromolekylär kristallografi . Användare har tillgång till en insättningsenhet, en böjmagnet och ett biokemilaboratorium. proteiners kristallstrukturer ; tidigare har användare avbildat proteiner från mjältbrand , hjärnhinneinflammation -orsakande bakterier, salmonella och andra patogena bakterier .
  • Network Enabled Optimization System (NEOS) Server är den första nätverksaktiverade problemlösningsmiljön för en bred klass av applikationer inom företag, vetenskap och teknik. Inkluderat är toppmoderna lösare inom heltalsprogrammering, olinjär optimering, linjär programmering , stokastisk programmering och komplementaritetsproblem. De flesta NEOS-lösare accepterar input i AMPL-modelleringsspråket .
  • Joint Centre for Energy Storage Research (JCESR) är ett konsortium av flera nationella laboratorier, akademiska institutioner och industriella partners baserat på Argonne National Laboratory. JCESR:s uppdrag är att designa och bygga transformativa material som möjliggör nästa generations batterier som uppfyller alla prestandamått för en given applikation.
  • Midwest Integrated Center for Computational Materials (MICCoM) har sitt huvudkontor vid laboratoriet. MICCoM utvecklar och sprider interoperabel mjukvara med öppen källkod , data och valideringsprocedurer för att simulera och förutsäga egenskaper hos funktionella material för energiomvandlingsprocesser .
  • ReCell Center är ett nationellt samarbete mellan industri, akademi och nationella laboratorier, ledd av Argonne National Laboratory, som arbetar för att främja återvinningsteknologier under hela batteriets livscykel. Centret syftar till att utveckla en hållbar avancerad batteriåtervinningsindustri genom att utveckla ekonomiska och miljövänliga återvinningsprocesser som kan användas av industrin för litiumjon och framtida batterikemi.

Utbildnings- och samhällsuppsökande

A student examines Argonne's Gyro Wheel at the Open House.
En elev undersöker Argonnes Gyrohjul på Öppet Hus.

Argonne välkomnar alla medlemmar av allmänheten 16 år eller äldre att ta guidade rundturer i de vetenskapliga och tekniska anläggningarna och grunderna. För barn under 16 år erbjuder Argonne praktiska inlärningsaktiviteter som är lämpliga för grundutflykter och scoututflykter. Laboratoriet är också värd för utbildningsvetenskap och ingenjörsverksamhet för skolor i det omgivande området.

Argonne-forskare och ingenjörer deltar i utbildningen av nästan 1 000 högskolestudenter och postdoktorala forskare varje år som en del av deras forsknings- och utvecklingsaktiviteter.

I media

Betydande delar av jaktfilmen Chain Reaction från 1996 spelades in i Zero Gradient Synchrotron ring room och det tidigare Continuous Wave Deuterium Demonstrator-laboratoriet.

Anmärkningsvärd personal

Se även

Anteckningar

  •   Argonne National Laboratory, 1946–96 . Jack M. Holl, Richard G. Hewlett, Ruth R. Harris. University of Illinois Press , 1997. ISBN 978-0-252-02341-5 .
  •   Kärnfysik: en introduktion . SB Patel. New Age International Ltd., 1991. ISBN 81-224-0125-2 .
  • Sammanfattning av kärnkemiarbetet i Argonne , Martin H. Studier, Argonne National Laboratory Report, Avklassificerad 13 juni 1949.

externa länkar

Koordinater :

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Argonne_National_Laboratory&oldid=1141389686 "