Laboratorio Nazionale Argonne - Argonne National Laboratory
Stabilito | 8 febbraio 1946 |
---|---|
Tipo di ricerca | Ricerca |
Budget | $ 1,2 miliardi (2020) |
Campo di ricerca |
Scienze fisiche Scienze della vita Scienze ambientali Scienze energetiche Scienze fotoniche Scienze dei dati Scienze computazionali |
La direttrice | Paul Kearns |
Personale | 3400 |
Indirizzo | 9700 Viale S. Cass |
Posizione | Lemont , Downers Grove Township, DuPage County , Illinois, USA |
Città universitaria | 1.700 acri (6,9 km 2 ) |
affiliazioni |
Dipartimento di Energia degli Stati Uniti Università di Chicago Jacobs Engineering |
Agenzia operativa |
UChicago Argonne LLC |
Enrico Fermi Maria Goeppert Mayer Alexei Alexeyevich Abrikosov |
|
Sito web | www.anl.gov |
Argonne National Laboratory è un laboratorio nazionale di ricerca scientifica e ingegneristica gestito da UChicago Argonne LLC per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti . La struttura si trova a Lemont, nell'Illinois , fuori Chicago , ed è il più grande laboratorio nazionale per dimensioni e portata nel Midwest.
Argonne avuto il suo inizio nel Metallurgical Laboratory della University of Chicago , formata in parte per svolgere Enrico Fermi lavoro s' su reattori nucleari per il Progetto Manhattan durante la seconda guerra mondiale . Dopo la guerra, fu designato come il primo laboratorio nazionale negli Stati Uniti il 1 luglio 1946. Nel dopoguerra il laboratorio si concentrò principalmente sulla fisica nucleare non legata alle armi, progettando e costruendo i primi reattori nucleari per la produzione di energia , aiutando a progettare i reattori utilizzati dalla marina nucleare degli Stati Uniti e un'ampia varietà di progetti simili. Nel 1994, la missione nucleare del laboratorio si è conclusa e oggi mantiene un ampio portafoglio nella ricerca scientifica di base, nell'immagazzinamento dell'energia e nelle energie rinnovabili , nella sostenibilità ambientale, nel supercalcolo e nella sicurezza nazionale .
UChicago Argonne, LLC, l'operatore del laboratorio, "mette insieme l'esperienza dell'Università di Chicago (l'unico membro della LLC) con Jacobs Engineering Group Inc. " Argonne fa parte del corridoio di ricerca e tecnologia dell'Illinois in espansione . Argonne in precedenza gestiva una struttura più piccola chiamata Argonne National Laboratory-West (o semplicemente Argonne-West) in Idaho accanto all'Idaho National Engineering and Environmental Laboratory. Nel 2005, i due laboratori con sede in Idaho si sono fusi per diventare l' Idaho National Laboratory .
Panoramica
Argonne ha cinque aree principali di interesse. Questi obiettivi, come dichiarato dal DOE nel 2008, consistono in:
- Conduzione di ricerche scientifiche di base ;
- Strutture scientifiche nazionali operative;
- Migliorare le risorse energetiche della nazione;
- Sviluppare modi migliori per gestire i problemi ambientali;
- Tutela della sicurezza nazionale.
Storia
Quello che sarebbe diventato Argonne iniziò nel 1942 come Laboratorio Metallurgico presso l' Università di Chicago , che era diventato parte del Progetto Manhattan . Il Met Lab ha costruito Chicago Pile-1 , il primo reattore nucleare al mondo , sotto le tribune dello stadio sportivo dell'Università di Chicago. Considerato pericoloso, nel 1943, CP-1 fu ricostruito come CP-2, in quello che oggi è noto come Red Gate Woods, ma allora era la foresta delle Argonne nel distretto della riserva forestale della contea di Cook vicino a Palos Hills . Il laboratorio prende il nome dalla foresta circostante, che a sua volta prende il nome dalla foresta di Argonne in Francia, dove le truppe statunitensi hanno combattuto nella prima guerra mondiale . Il palo di Fermi doveva essere originariamente costruito nella foresta delle Argonne e i piani di costruzione furono messi in moto, ma una disputa di lavoro portò il progetto a una battuta d'arresto. Poiché la velocità era fondamentale, il progetto è stato spostato nel campo da squash sotto Stagg Field , lo stadio di calcio del campus dell'Università di Chicago. Fermi disse loro che era sicuro dei suoi calcoli, il che diceva che non avrebbe portato a una reazione incontrollata, che avrebbe contaminato la città.
Altre attività sono state aggiunte ad Argonne nei successivi cinque anni. Il 1 luglio 1946, il "Laboratorio Metallurgico" fu formalmente ri-noleggiato come Laboratorio Nazionale Argonne per la "ricerca cooperativa in nucleonica". Su richiesta della Commissione per l'energia atomica degli Stati Uniti , ha iniziato a sviluppare reattori nucleari per il programma di energia nucleare pacifico della nazione. Alla fine degli anni '40 e all'inizio degli anni '50, il laboratorio si trasferì in una sede più ampia nella contea non incorporata di DuPage, nell'Illinois, e stabilì una località remota nell'Idaho , chiamata "Argonne-West", per condurre ulteriori ricerche nucleari.
In rapida successione, il laboratorio progettò e costruì Chicago Pile 3 (1944), il primo reattore moderato ad acqua pesante al mondo , e l' Experimental Breeder Reactor I (Chicago Pile 4), costruito nell'Idaho, che accese una serie di quattro lampadine con la prima elettricità generata da nucleare al mondo nel 1951. Un elenco completo dei reattori progettati e, nella maggior parte dei casi, costruiti e gestiti da Argonne può essere visualizzato nella pagina " Reattori progettati da Argonne ". Le conoscenze acquisite dagli esperimenti di Argonne condotti con questi reattori 1) hanno costituito la base per i progetti della maggior parte dei reattori commerciali attualmente utilizzati in tutto il mondo per la generazione di energia elettrica e 2) informano gli attuali progetti in evoluzione dei reattori a metallo liquido per i futuri centrali elettriche.
Conducendo ricerche classificate, il laboratorio è stato fortemente protetto; tutti i dipendenti e i visitatori avevano bisogno di badge per passare un checkpoint, molti degli edifici erano classificati e il laboratorio stesso era recintato e sorvegliato. Tale seducente segretezza attirava sia visitatori autorizzati, tra cui il re Leopoldo III del Belgio e la regina Federica di Grecia, sia non autorizzati. Poco dopo l'una di notte del 6 febbraio 1951, le guardie Argonne scoprirono il giornalista Paul Harvey vicino al recinto perimetrale di 3 metri, con il cappotto aggrovigliato nel filo spinato. Perquisindo la sua auto, le guardie hanno trovato una trasmissione di quattro pagine precedentemente preparata che descriveva in dettaglio la saga del suo ingresso non autorizzato in una "zona calda" classificata. È stato portato davanti a un gran giurì federale con l'accusa di cospirazione per ottenere informazioni sulla sicurezza nazionale e trasmetterle al pubblico, ma non è stato incriminato.
Tuttavia, non tutta la tecnologia nucleare è stata utilizzata per lo sviluppo di reattori. Durante la progettazione di uno scanner per gli elementi del combustibile del reattore nel 1957, il fisico di Argonne William Nelson Beck inserì il proprio braccio all'interno dello scanner e ottenne una delle prime immagini a ultrasuoni del corpo umano. I manipolatori remoti progettati per gestire materiali radioattivi hanno gettato le basi per macchine più complesse utilizzate per ripulire aree contaminate, laboratori sigillati o grotte. Nel 1964 viene aperto il reattore "Janus" per studiare gli effetti della radiazione di neutroni sulla vita biologica, fornendo ricerche per linee guida sui livelli di esposizione sicuri per i lavoratori di centrali elettriche, laboratori e ospedali. Gli scienziati di Argonne hanno aperto la strada a una tecnica per analizzare la superficie della luna utilizzando la radiazione alfa , lanciata a bordo del Surveyor 5 nel 1967 e successivamente analizzato campioni lunari dalla missione Apollo 11 .
Oltre al lavoro nucleare, il laboratorio ha mantenuto una forte presenza nella ricerca di base della fisica e della chimica . Nel 1955, i chimici Argonne scoprirono insieme gli elementi einsteinio e fermio , gli elementi 99 e 100 nella tavola periodica . Nel 1962, i chimici di laboratorio hanno prodotto il primo composto del gas nobile inerte xeno , aprendo un nuovo campo di ricerca sui legami chimici. Nel 1963 scoprirono l' elettrone idrato .
La fisica delle alte energie ha fatto un balzo in avanti quando Argonne è stata scelta come sede del sincrotrone a gradiente zero da 12,5 GeV , un acceleratore di protoni aperto nel 1963. Una camera a bolle ha permesso agli scienziati di tracciare i movimenti delle particelle subatomiche mentre sfrecciavano attraverso la camera; nel 1970 osservarono per la prima volta il neutrino in una camera a bolle di idrogeno.
Nel frattempo, il laboratorio stava anche aiutando a progettare il reattore per il primo sottomarino nucleare al mondo , l' USS Nautilus , che ha percorso più di 513.550 miglia nautiche (951.090 km). Il successivo modello di reattore nucleare fu l'Experimental Boiling Water Reactor , il precursore di molti moderni impianti nucleari, e l' Experimental Breeder Reactor II (EBR-II), che era raffreddato al sodio e comprendeva un impianto di riciclaggio del combustibile. L'EBR-II è stato successivamente modificato per testare altri progetti di reattori, incluso un reattore a neutroni veloci e, nel 1982, il concetto di reattore rapido integrale , un design rivoluzionario che ha rielaborato il proprio combustibile, ridotto i suoi rifiuti atomici e ha resistito ai test di sicurezza degli stessi guasti che ha innescato i disastri di Chernobyl e Three Mile Island . Nel 1994, tuttavia, il Congresso degli Stati Uniti ha interrotto i finanziamenti per la maggior parte dei programmi nucleari di Argonne.
Argonne si è trasferito per specializzarsi in altre aree, capitalizzando al contempo la sua esperienza in fisica, scienze chimiche e metallurgia . Nel 1987, il laboratorio è stato il primo a dimostrare con successo una tecnica pionieristica chiamata accelerazione di wakefield al plasma , che accelera le particelle a distanze molto più brevi rispetto agli acceleratori convenzionali. Ha anche coltivato un forte programma di ricerca sulle batterie .
A seguito di una grande spinta dell'allora direttore Alan Schriesheim, il laboratorio è stato scelto come sede dell'Advanced Photon Source , un'importante struttura a raggi X che è stata completata nel 1995 e ha prodotto i raggi X più brillanti al mondo al momento della sua costruzione.
Il 19 marzo 2019, il Chicago Tribune ha riportato che il laboratorio stava costruendo il supercomputer più potente del mondo. Con un costo di 500 milioni di dollari, avrà la potenza di elaborazione di 1 quintilione di flop. Le applicazioni includeranno l'analisi delle stelle e miglioramenti nella rete elettrica.
registi
Nel corso della sua storia, 13 persone hanno ricoperto il ruolo di Direttore di Argonne:
- 1946-1956 Walter Zinn
- 1957-1961 Norman Hilberry
- 1961–1967 Albert V. Crewe
- 1967–1973 Robert B. Duffield
- 1973–1979 Robert G. Sachs
- 1979–1984 Walter E. Massey
- 1984-1996 Alan Schriesheim
- 1996–1998 Preside E. Eastman
- 2000–2005 Hermann A. Grunder
- 2005-2008 Robert Rosner
- 2009-2014 Eric Isaacs
- 2014–2016 Peter Littlewood
- 2017–Presente Paul Kearns
Iniziative
- Scienze dei raggi X duri : Argonne ospita una delle più grandi sorgenti di luce ad alta energia del mondo: l' Advanced Photon Source (APS). Ogni anno, gli scienziati fanno migliaia di scoperte mentre utilizzano l'APS per caratterizzare materiali sia organici che inorganici e persino processi, come il modo in cui gli iniettori di carburante dei veicoli spruzzano la benzina nei motori.
- Leadership Computing : Argonne mantiene uno dei computer più veloci per la scienza aperta e ha sviluppato un software di sistema per queste enormi macchine. Argonne lavora per guidare l'evoluzione della leadership computing da petascale a exascale , sviluppare nuovi codici e ambienti informatici ed espandere gli sforzi computazionali per aiutare a risolvere le sfide scientifiche. Ad esempio, nell'ottobre 2009, il laboratorio ha annunciato che avrebbe avviato un progetto congiunto per esplorare il cloud computing per scopi scientifici. Negli anni '70 Argonne ha tradotto i programmi di algebra lineare numerica Numerische Mathematik da ALGOL a Fortran e questa libreria è stata ampliata in LINPACK ed EISPACK , da Cleve Moler , et al.
- Materiali per l'energia : gli scienziati di Argonne lavorano per prevedere, comprendere e controllare dove e come posizionare singoli atomi e molecole per ottenere le proprietà dei materiali desiderate. Tra le altre innovazioni, gli scienziati di Argonne hanno contribuito a sviluppare un impasto di ghiaccio per raffreddare gli organi delle vittime di infarto, hanno descritto ciò che rende i diamanti scivolosi a livello di nanoscala e hanno scoperto un materiale superisolante che resiste al flusso di corrente elettrica più completamente di qualsiasi altro materiale precedente.
- Stoccaggio di energia elettrica : Argonne sviluppa batterie per la tecnologia del trasporto elettrico e lo stoccaggio in rete per fonti di energia intermittenti come l' eolico o il solare , nonché i processi di produzione necessari per questi sistemi ad alta intensità di materiali. Il laboratorio si occupa da oltre 50 anni di ricerca e sviluppo di materiali avanzati per batterie. Negli ultimi 10 anni, il laboratorio si è concentrato sulle batterie agli ioni di litio e nel settembre 2009 ha annunciato un'iniziativa per esplorare e migliorare le loro capacità. Argonne gestisce anche una struttura indipendente per il test delle batterie, che testa campioni di batterie sia del governo che dell'industria privata per vedere come si comportano nel tempo e sotto stress da caldo e freddo.
- Energia alternativa ed efficienza : Argonne sviluppa combustibili sia chimici che biologici su misura per i motori attuali, nonché schemi di combustione migliorati per le future tecnologie dei motori. Il laboratorio ha anche raccomandato le migliori pratiche per la conservazione del carburante; ad esempio, uno studio che raccomandava l'installazione di riscaldatori ausiliari della cabina per i camion invece di far girare il motore al minimo. Nel frattempo, il programma di ricerca sull'energia solare si concentra su dispositivi e sistemi a combustibile solare ed elettrico solare che siano scalabili ed economicamente competitivi con le fonti di energia fossile. Gli scienziati di Argonne esplorano anche le migliori pratiche per una rete intelligente , sia modellando il flusso di energia tra le utenze e le case sia effettuando ricerche sulla tecnologia per le interfacce.
- Energia nucleare : Argonne genera reattori avanzati e tecnologie del ciclo del combustibile che consentono la generazione sicura e sostenibile di energia nucleare . Gli scienziati di Argonne sviluppano e convalidano modelli computazionali e simulazioni di reattori di reattori nucleari di futura generazione . Un altro progetto studia come ritrattare il combustibile nucleare esaurito , in modo da ridurre i rifiuti fino al 90%.
- Sistemi biologici e ambientali : la comprensione dell'effetto locale del cambiamento climatico richiede l'integrazione delle interazioni tra l'ambiente e le attività umane. Gli scienziati di Argonne studiano queste relazioni dalla molecola all'organismo all'ecosistema. I programmi includono il biorisanamento utilizzando alberi per estrarre gli inquinanti dalle acque sotterranee ; biochip per rilevare precocemente i tumori; un progetto per colpire le cellule cancerose utilizzando nanoparticelle ; metagenomica del suolo ; e un importante progetto di ricerca sui cambiamenti climatici , ARM.
- Sicurezza nazionale : Argonne sviluppa tecnologie di sicurezza che prevengono e mitigano gli eventi con potenziale di interruzione o distruzione di massa. Questi includono sensori in grado di rilevare materiali chimici, biologici, nucleari ed esplosivi; macchine portatili a radiazione Terahertz ("T-ray") che rilevano materiali pericolosi più facilmente dei raggi X negli aeroporti; e tracciare e modellare i possibili percorsi di sostanze chimiche rilasciate in una metropolitana.
Strutture e centri per gli utenti
Argonne costruisce e mantiene strutture scientifiche che sarebbero troppo costose da costruire e gestire per una singola azienda o università. Queste strutture sono utilizzate da scienziati di Argonne, industria privata, università, altri laboratori nazionali e organizzazioni scientifiche internazionali.
- Advanced Photon Source (APS): una struttura nazionale di ricerca sui raggi X di sincrotrone che produce i fasci di raggi X più luminosi dell'emisfero occidentale .
- Center for Nanoscale Materials (CNM): una struttura utente situata sull'APS che fornisce infrastrutture e strumenti per lo studio delle nanotecnologie e dei nanomateriali . Il CNM è uno dei cinque centri di ricerca scientifica su nanoscala del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti.
- Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS): ATLAS è il primo acceleratore di particelle superconduttore al mondo per ioni pesanti a energie in prossimità della barriera di Coulomb . Questo è il dominio energetico adatto allo studio delle proprietà del nucleo, del nucleo della materia e del combustibile delle stelle.
- Centro di microscopia elettronica (EMC): una delle tre strutture utente scientifiche supportate dal DOE per la microcaratterizzazione del fascio di elettroni. L'EMC conduce studi in situ di trasformazioni e processi di difetto, modifica del fascio ionico ed effetti di irradiazione, superconduttori, ferroelettrici e interfacce. Il suo microscopio elettronico a voltaggio intermedio , che è accoppiato con un acceleratore, rappresenta l'unico sistema del genere negli Stati Uniti.
- Argonne Leadership Computing Facility (ALCF): un DOE Office of Science User Facility che fornisce risorse di supercalcolo alla comunità di ricerca per consentire scoperte scientifiche e ingegneristiche.
- Centro di biologia strutturale (SBC): L'SBC è una struttura per gli utenti situata al di fuori della struttura a raggi X Advanced Photon Source, specializzata in cristallografia macromolecolare . Gli utenti hanno accesso a un dispositivo di inserimento, un magnete piegante e un laboratorio di biochimica. Le linee di luce SBC sono spesso utilizzate per mappare le strutture cristalline delle proteine ; in passato, gli utenti hanno visualizzato proteine di antrace , batteri che causano la meningite , salmonella e altri batteri patogeni .
- Transportation Research & Analysis Computing Center (TRACC): una struttura che utilizza il calcolo ad alte prestazioni per analizzare e creare dati e modelli visivi per una varietà di problemi di trasporto , tra cui resistenza agli urti , aerodinamica , combustione , gestione termica, modellazione meteorologica e simulazione del traffico.
- Strumento di ricerca sul clima per la misurazione delle radiazioni atmosferiche (ARM): Argonne è uno dei nove laboratori nazionali che contribuiscono al programma ARM, progettato per la ricerca sui cambiamenti climatici globali . Argonne sovrintende alle operazioni ARM e gestisce un sito di raccolta dati meteorologici in Oklahoma e una struttura mobile di raccolta dati.
- Il server Network Enabled Optimization System (NEOS) è il primo ambiente di risoluzione dei problemi abilitato alla rete per un'ampia classe di applicazioni in ambito aziendale, scientifico e ingegneristico. Sono inclusi solutori all'avanguardia in programmazione intera, ottimizzazione non lineare , programmazione lineare , programmazione stocastica e problemi di complementarità. La maggior parte dei risolutori NEOS accetta input nel linguaggio di modellazione AMPL .
- Il Joint Center for Energy Storage Research (JCESR) è un consorzio di diversi laboratori nazionali, istituzioni accademiche e partner industriali con sede presso l'Argonne National Laboratory. La missione di JCESR è progettare e costruire materiali trasformativi che consentano batterie di nuova generazione che soddisfino tutte le metriche prestazionali per una determinata applicazione.
- Il Midwest Integrated Center for Computational Materials (MICCoM) ha sede presso il laboratorio. MICCoM sviluppa e diffonde software , dati e procedure di convalida open source interoperabili per simulare e prevedere le proprietà dei materiali funzionali per i processi di conversione dell'energia .
Educazione e sensibilizzazione della comunità
Argonne accoglie tutti i membri del pubblico di età pari o superiore a 16 anni per effettuare visite guidate alle strutture e ai terreni scientifici e ingegneristici. Per i bambini sotto i 16 anni, Argonne offre attività di apprendimento pratiche adatte per gite e uscite scout K-12. Il laboratorio ospita anche attività didattiche di scienze e ingegneria per le scuole del territorio.
Gli scienziati e gli ingegneri di Argonne prendono parte alla formazione di quasi 1.000 studenti universitari e ricercatori post-dottorato ogni anno come parte delle loro attività di ricerca e sviluppo.
Nei media
Porzioni significative del film di inseguimento Chain Reaction del 1996 sono state girate nella stanza degli anelli di sincrotrone a gradiente zero e nell'ex laboratorio del dimostratore di deuterio a onda continua.
Personale notevole
- Alexei Alexeyevich Abrikosov
- Khalil Amine
- Margaret K. Butler
- Ian Foster
- Wallace Givens
- Raymond Goertz
- Morton Hamermesh
- Caroline Herzenberg
- William McCune
- Maria Goeppert Mayer
- Carlo Montemagno
- José Enrique Moyal
- Gilbert Jerome Perlow
- Aneesur Rahman
- Kameshwar C. Wali
- Larry Wos
- Cosma Zachos
- Daniel Zajfman
- Nestor J. Zaluzec
- Paolo Fenter
- Lynda Soderholm
- Rick Stevens
- Valerie Taylor
- Marion C. Thurnauer
Guarda anche
- Agenzia per i progetti di ricerca avanzata-Energia
- Dimostrazione automatizzata di teoremi
- Spettrometro canadese Penning Trap
- Centro per l'avanzamento della scienza nello spazio: gestisce il laboratorio nazionale degli Stati Uniti sulla ISS.
- Gammasfera
- Nanofluido
- Track Imaging Esperimento Cherenkov
Appunti
Riferimenti
- Laboratorio Nazionale Argonne, 1946-1996 . Jack M. Holl, Richard G. Hewlett, Ruth R. Harris. Pressa dell'Università dell'Illinois , 1997. ISBN 978-0-252-02341-5 .
- Fisica nucleare: un'introduzione . SB Patel. New Age International Ltd., 1991. ISBN 81-224-0125-2 .
- Riassunto del lavoro di chimica nucleare ad Argonne , Martin H. Studier, Argonne National Laboratory Report, declassificato il 13 giugno 1949.
link esterno
- Laboratorio nazionale Argonne —Sito web ufficiale Argonne
- Presentazioni dell'Argonne National Laboratory — Trovare un aiuto per le presentazioni dell'Argonne National Laboratory
- Argonne News —Comunicati stampa, media center
- Argonne Negozio Software - Open source e disponibile in commercio software nella zona di fase di "shrink-wrap"
- Archivio fotografico —Fotografia per uso pubblico
Coordinate : 41.709166°N 87.981992°W 41°42′33″N 87°58′55″W /