Национальная лаборатория Эймса
 | Эта статья нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( апрель 2024 г. ) |
 | |
| Учредил | 1947 год |
|---|---|
| Тип исследования | Неклассифицированный |
| Бюджет | 60 миллионов долларов |
| Директор | Адам Шварц |
| Персонал | 473 |
| Студенты | 198 |
| Расположение | Эймс, Айова 42 ° 01'50 "с.ш. 93 ° 38'54" з.д. / / 42,0305 |
Операционное агентство | Университет штата Айова |
| Дэн Шехтман | |
| Веб-сайт | Национальная лаборатория Эймса |
Национальная лаборатория Эймса , ранее Лаборатория Эймса , — Министерства энергетики США, национальная лаборатория расположенная в Эймсе, штат Айова , и связанная с Университетом штата Айова . Это национальная лаборатория высшего уровня для исследований в области национальной безопасности, энергетики и окружающей среды. Лаборатория проводит исследования в областях, вызывающих обеспокоенность страны, включая синтез и изучение новых материалов , энергетических ресурсов, проектирование высокоскоростных компьютеров , а также очистку и восстановление окружающей среды . Он расположен на территории кампуса Университета штата Айова.
В январе 2013 года Министерство энергетики объявило о создании Института критических материалов (CMI) в лаборатории Эймса с миссией по разработке решений внутренней нехватки редкоземельных металлов США и других материалов, имеющих решающее значение для энергетической безопасности .
История [ править ]
1940-е годы [ править ]
В 1942 году Фрэнк Спеддинг из Колледжа штата Айова , эксперт в области химии редкоземельных элементов , согласился создать и возглавить программу химических исследований и разработок, получившую с тех пор название « Проект Эймса» , в дополнение к Манхэттенского проекта. существующей физической программе . Его целью было получение урана высокой чистоты из урановых руд . Харли Вильгельм разработал новые методы восстановления и литья металлического урана, позволяющие отливать большие слитки металла и снижать производственные затраты почти в двадцать раз. Около одной трети, или около двух тонн, урана, использованного в первой самоподдерживающейся ядерной реакции в Чикагском университете, было получено посредством этих процедур, теперь известных как процесс Эймса . В рамках проекта Эймса было произведено более двух миллионов фунтов (1000 коротких тонн; 910 000 кг) урана для Манхэттенского проекта, пока промышленность не взяла этот процесс на себя в 1945 году.
12 октября 1945 года проект Эймса получил награду «E» армии и флота за выдающиеся достижения в производстве, что означает два с половиной года передового опыта в промышленном производстве металлического урана как жизненно важного военного материала. Университет штата Айова является единственным среди учебных заведений, получившим эту награду за выдающиеся заслуги — честь, обычно присуждаемую промышленности. Другие ключевые достижения, связанные с проектом, включали:
- Разработка технологии извлечения урана из металлолома и переработки его в хорошие слитки.
- Разработка процесса ионного обмена для отделения редкоземельных элементов друг от друга в граммовых количествах — нечто невозможное другими методами.
- Разработка крупномасштабного процесса производства тория методом восстановления бомбы.
Лаборатория Эймса была официально основана в 1947 году Комиссией по атомной энергии США в результате успеха проекта Эймса.
1950-е годы [ править ]
В 1950-е годы растущая репутация лаборатории в области работы с редкоземельными металлами быстро увеличила ее рабочую нагрузку. Пока страна исследовала возможности использования ядерной энергии , ученые лаборатории изучали ядерное топливо и конструкционные материалы для ядерных реакторов . Процессы, разработанные в лаборатории Эймса, позволили получить самые чистые редкоземельные металлы в мире, одновременно значительно снизив их цену. В большинстве случаев мощности лаборатории служили моделями для крупномасштабного производства редкоземельных металлов. Ученые лаборатории воспользовались синхротроном Университета штата Айова для проведения исследований в области физики средних энергий. Усилия в области аналитической химии расширились, чтобы удовлетворить потребность в анализе новых материалов.
Другие ключевые достижения 1950-х годов включали:
- Разработка процессов разделения гафния , ниобия , бария , стронция , цезия и рубидия .
- Открытие нового фосфора изотопа - 33.
- Разделение высокочистых оксидов редкоземельных элементов в килограммовых количествах.
- Разработка метода выделения плутония и продуктов деления из отработавшего уранового топлива.
- Производство металлического иттрия высокой чистоты в больших количествах, отгрузка более 18 000 фунтов (8 200 кг) до того, как этот процесс взяла на себя промышленность.
1960-е годы [ править ]
В 1960-е годы лаборатория достигла пика занятости, поскольку ее ученые продолжали исследовать новые материалы. В рамках этих усилий лаборатория построила тяжеловодный реактор мощностью 5 мегаватт для нейтронографических исследований и дополнительных исследований по разделению изотопов . Комиссия по атомной энергии США создала Информационный центр по редкоземельным металлам в лаборатории Эймса, чтобы предоставлять научному и техническому сообществу информацию о редкоземельных металлах и их соединениях.
Другие ключевые достижения 1960-х годов включали:
- Разработка технологии получения металлического тория чистотой 99,985 процента.
- Разработка процесса получения металлического ванадия высокой чистоты для использования в атомной энергетике.
- Открытие нового меди изотопа - 69.
- Провел первую успешную эксплуатацию сепаратора изотопов, подключенного к реактору, с целью изучения короткоживущей радиоактивности, образующейся при делении урана -235.
- Выращивание первого крупного кристалла твердого гелия
1970-е годы [ править ]
В 1970-е годы, когда Комиссия по атомной энергии США превратилась в Министерство энергетики США , усилия диверсифицировались, поскольку некоторые исследовательские программы закрывались и открывались новые. Федеральные чиновники объединили реакторные установки, что привело к закрытию исследовательского реактора. Лаборатория Эймса отреагировала на это, сделав новый упор на прикладную математику , солнечную энергию , ископаемое топливо и контроль загрязнения. Инновационные аналитические методы были разработаны для получения точной информации из все более мелких образцов. Главным из них была с индуктивно связанной плазмой атомно -эмиссионная спектроскопия , которая могла быстро и одновременно обнаружить до 40 различных следов металлов из небольшого образца.
Другие ключевые достижения 1970-х годов включали:
- Разработка высокочувствительной методики прямого анализа ртути в воздухе, воде, рыбе и почве.
- Разработка метода выделения минимальных количеств органических соединений, содержащихся в воде.
- Разработка процесса удаления меди, олова и хрома из автомобильного лома с получением регенерированной стали, достаточно чистой для прямого повторного использования.
- Разработка экрана усилителя изображения , который значительно снижает воздействие медицинского рентгеновского излучения .
- Разработка модуля солнечного нагрева , который мог бы как хранить, так и передавать солнечную энергию .
1980-е годы [ править ]
В 1980-х годах исследования в лаборатории Эймса были направлены на удовлетворение местных и национальных энергетических потребностей. Исследования в области ископаемой энергетики были сосредоточены на способах более чистого сжигания угля . Были разработаны новые технологии для очистки полигонов ядерных отходов . Исследования высокопроизводительных вычислений дополнили программы прикладной математики и физики твердого тела . Лаборатория Эймса стала национальным лидером в области сверхпроводимости и неразрушающего контроля . Кроме того, Министерство энергетики создало Центр подготовки материалов. [1] обеспечить общественный доступ к разработке новых материалов.
Другие ключевые достижения 1980-х годов включали:
- Разработка солнечного элемента с жидкостным переходом , который был бы эффективным, долговечным и нетоксичным.
- Получил финансирование Министерства обороны на разработку методов неразрушающего контроля самолетов.
- Стал ведущей лабораторией Министерства энергетики по управлению экологической оценкой процессов рекуперации энергии .
- Разработка нового метода легирования чистого неодима железом неодимового с получением сырья для широко используемого магнита .
- Участвовал в разработке терфенола , который меняет форму в магнитном поле, что делает его идеальным для применения в гидролокаторах и преобразователях .
1990-е годы [ править ]
При поддержке Министерства энергетики США в 1990-х годах Лаборатория Эймса продолжала свои усилия по передаче результатов фундаментальных исследований промышленности для разработки новых материалов, продуктов и процессов. Масштабируемая вычислительная лаборатория [2] была создана с целью найти способы сделать параллельные вычисления доступными и экономически эффективными для научного сообщества. Исследователи обнаружили первый неуглеродный образец бакиболов , нового материала, важного в области микроэлектроники . Ученые разработали секвенатор ДНК , который работал в 24 раза быстрее, чем другие устройства, и метод, позволяющий оценить характер повреждения ДНК химическими загрязнителями.
Другие ключевые достижения 1990-х годов включали:
- Разработка метода сравнительного анализа HINT , позволяющего объективно сравнивать компьютеры всех размеров, который теперь поддерживается Бригама Янга . сайтом HINT Университета [3]
- Совершенствование метода газового распыления под высоким давлением для превращения расплавленного металла в мелкозернистые металлические порошки.
- Прогнозирование геометрии керамической структуры с фотонной запрещенной зоной . Эти структуры могут повысить эффективность лазеров , сенсорных устройств и антенн .
- Открытие нового класса материалов, которые могут сделать магнитное охлаждение жизнеспособной технологией охлаждения будущего.
- Разработка высокопрочного бессвинцового , припоя который прочнее, проще в использовании, лучше выдерживает высокие температуры и экологически безопасен.
- Разработка новых никель-алюминидных покрытий, модифицированных платиной, которые обеспечивают беспрецедентную окислительную и фазовую стабильность в качестве связующих слоев в термобарьерных покрытиях, что может повысить долговечность газотурбинных двигателей, позволяя им работать при более высоких температурах и продлевая срок их службы.
- Открытие интерметаллических соединений, пластичных при комнатной температуре, которые можно было бы использовать для производства практических материалов: от покрытий, обладающих высокой устойчивостью к коррозии и прочных при высоких температурах, до гибких сверхпроводящих проводов и мощных магнитов.
- Исследования в области фотофизики люминесцентных органических тонких пленок и органических светодиодов привели к созданию нового интегрированного датчика кислорода и новой компании по производству датчиков.
- Разработка биосенсорной технологии, которая помогает определить риск заболевания раком у человека от химических загрязнителей.
- Разработка установки капиллярного электрофореза , которая может анализировать несколько химических образцов одновременно. Это устройство находит применение в фармацевтической, генетической, медицинской и криминалистической областях.
- Разработка и демонстрация фотонных кристаллов с запрещенной зоной, геометрического расположения диэлектрических материалов, которые пропускают свет, за исключением случаев, когда частота попадает в запрещенный диапазон. Эти материалы облегчили бы разработку многочисленных практических устройств, включая оптические лазеры, оптические компьютеры и солнечные элементы.
2000-е [ править ]
- Разработка механохимического процесса, представляющего собой безрастворительный способ получения органических соединений в твердом состоянии. Он используется для изучения новых, сложных гидридных материалов, которые могут обеспечить решение для высокопроизводительного и безопасного хранения водорода, необходимого для обеспечения жизнеспособности транспортных средств с водородным двигателем.
- Разработка передовой технологии электроприводных двигателей посредством разработки высокоэффективного сплава с постоянными магнитами, который работает с хорошей магнитной силой при температуре 200 градусов по Цельсию или 392 градуса по Фаренгейту, чтобы помочь сделать электроприводные двигатели более эффективными и экономичными.
- Имитация бактерий для синтеза магнитных наночастиц, которые можно использовать для нацеливания и доставки лекарств, в магнитных чернилах и устройствах памяти высокой плотности или в качестве магнитных уплотнений в двигателях.
- Сочетая газификацию с высокотехнологичными наноразмерными пористыми катализаторами, они надеются создать этанол из широкого спектра биомассы, включая дистиллятное зерно, оставшееся от производства этанола, кукурузную солому с поля, траву, древесную массу, отходы животного происхождения и мусор.
- Открытие бор-алюминиево-магниевого керамического сплава, обладающего исключительной твердостью. Добавление покрытия BAM к лопастям может снизить трение и повысить износостойкость, что может оказать существенное влияние на повышение эффективности насосов, которые используются во всех видах промышленного и коммерческого применения.
- Материалы, произведенные Центром подготовки материалов (MPC) лаборатории Эймса, были запущены в космическое пространство в рамках космического агентства Европейского миссии Планк . Сплав лантан-никель-олово, произведенный компанией MPC, использовался в системах криохлаждения Планка для охлаждения инструментов во время космического полета.
- Разработка osgBullet, пакета программного обеспечения, создающего трехмерное компьютерное моделирование в реальном времени, которое может помочь инженерам проектировать сложные системы, начиная от электростанций нового поколения и заканчивая высокоэффективными автомобилями. Программное обеспечение osgBullet получило награду R&D 100 Award 2010.
- Исследования, подтверждающие отрицательное преломление, можно наблюдать в фотонных кристаллах в микроволновой области электромагнитного спектра, что приближает физиков на один шаг ближе к созданию материалов, демонстрирующих отрицательное преломление на оптических длинах волн, и созданию столь востребованной суперлинзы .
2011 год и далее [ править ]
- Разработка нового сплава, который позволил на 25 процентов улучшить способность основного материала преобразовывать тепло в электрическую энергию, что может когда-нибудь повысить эффективность автомобилей, военной техники и крупных энергетических установок.
- Подписал меморандум о взаимопонимании с Корейским институтом промышленных технологий в целях развития международного сотрудничества в исследованиях редкоземельных элементов.
- Дэн Шехтман , сотрудник Национальной лаборатории Эймса, был удостоен Нобелевской премии по химии 2011 года за открытие квазикристаллов в Университете Джонса Хопкинса . [4] [5]
- Для изготовления титанового порошка была использована технология газового распыления , процессы в десять раз более эффективны, чем традиционные методы изготовления порошка, что значительно снижает стоимость титанового порошка для производителей. Эта технология привела к созданию компании, которая выиграла конкурс американских новаторов в области энергетики, организованный администрацией Обамы. Компания, основанная на этой технологии Iowa Powder Atomization Technology, также выиграла конкурс бизнес-планов Джона Паппаджона в Айове в 2012 году.
- Новаторские методы масс-спектрометрии, разработанные в Лаборатории Эймса, помогают биологам растений получить первое представление о никогда ранее не встречавшихся структурах тканей растений. Это достижение открывает новые области исследований, которые могут иметь долгосрочные последствия для исследований биотоплива и генетики сельскохозяйственных культур.
- Ученые разгадывают тайны экзотических сверхпроводников — материалов, которые при охлаждении имеют нулевое электрическое сопротивление, что когда-нибудь может помочь повысить эффективность распределения энергии.
- Открытие основного порядка в металлических стеклах может стать ключом к созданию новых высокотехнологичных сплавов с особыми свойствами.
- Открытие новых способов использования известного полимера в органических светоизлучающих диодах ( OLED ), которые могут устранить необходимость во все более проблематичном и хрупком оксиде металла, используемом в экранах компьютеров, телевизоров и мобильных телефонов.
- Исследование способов совершенствования силового кабеля нового поколения из композита алюминия и кальция. Кабели из этого композита будут легче и прочнее, а их проводимость будет как минимум на 10 процентов лучше, чем у существующих материалов для источников постоянного тока — растущего сегмента глобальной передачи электроэнергии.
- В 2013 году Министерство энергетики выделило Лаборатории Эймса 120 миллионов долларов на открытие нового Центра энергетических инноваций — Института критических материалов , который сосредоточится на поиске и коммерциализации способов снижения зависимости от критически важных материалов, необходимых для конкурентоспособности Америки в технологиях чистой энергии.
- Приобретение технологии 3D-печати, которая ускорит поиск альтернатив редкоземельным и другим критическим металлам, а также поможет разработать процессы, позволяющие создавать уникальные материалы и структуры в процессе печати.
- В 2014 году были начаты работы по созданию нового современного комплекса чувствительных приборов (SIF). SIF станет новым домом для существующего в лаборатории сканирующего трансмиссионного электронного микроскопа и некоторого нового высокочувствительного оборудования, обеспечивающего среду, изолированную от вибрации, электромагнитных и других типов помех, которые могут скрыть детали атомного масштаба от четкого обзора. Завершение SIF планировалось в 2015 году.
- Раскрытие тайн новых материалов с помощью сверхбыстрой лазерной спектроскопии, похожей на высокоскоростную фотографию, где множество быстрых изображений показывают тонкие движения и изменения внутри материалов. Наблюдение этой динамики является одной из новых стратегий, позволяющих лучше понять, как работают новые материалы, чтобы их можно было использовать для создания новых энергетических технологий.
- Создание более быстрой и чистой технологии переработки биотоплива, которая не только объединяет процессы, но и использует широко доступные материалы для снижения затрат.
- Здесь находится твердотельный спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР) динамической ядерной поляризации (DNP), который помогает ученым понять, как отдельные атомы расположены в материалах. DNP-ЯМР лаборатории Эймса является первым методом, который будет использоваться в материаловедении и химии в Соединенных Штатах.
- В честь 75-летия со дня создания национальной лаборатории Министерства энергетики 14 июля 2022 года лаборатория Эймса переименована в Национальную лабораторию Эймса. [6]
Лаборатории Директора Эймса
| # | Директор | Начало семестра | Конец срока |
|---|---|---|---|
| 1 | Фрэнк Спеддинг | 1947 | 1968 |
| 2 | Роберт Хансен | 1968 | 1988 |
| 3 | Томас Бартон | 1988 | 2007 |
| 4 | Александр Кинг | 2008 | 2013 |
| 5 | Адам Шварц | 2014 |
и преподаватели Известные выпускники
Фрэнк Спеддинг (BS 1925, MS 1926) (умер в 1984 г.) руководил химической фазой Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны, которая привела к первой в мире контролируемой ядерной реакции. штата Айова Он был вторым членом Национальной академии наук и первым директором лаборатории Эймса. Доктор Спеддинг получил премию Ленгмюра в 1933 году. только Оскар К. Райс и Лайнус Полинг В этом достижении его опередили . Эта награда теперь называется Премией по чистой химии Американского химического общества . Он был первым заслуженным профессором естественных и гуманитарных наук в штате Айова (1957). Среди других наград: Премия Уильяма Х. Николса Нью-Йоркской секции Американского химического общества (1952 г.); Золотая медаль Джеймса Дугласа Американского института горных, металлургических и нефтяных инженеров (1961) за достижения в цветной металлургии; и Премия Фрэнсиса Дж. Кламера Института Франклина (1969) за достижения в металлургии.
Харли Вильгельм (доктор философии, 1931 г.) (умер в 1995 г.) разработал наиболее эффективный процесс производства металлического урана для Манхэттенского проекта - процесс Эймса , процесс, который используется до сих пор.
Вельмер А. Фассель (доктор философии, 1947 г.) (умер в 1998 г.) разработал аналитический процесс атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES), используемый для химического анализа во всем мире; бывший заместитель директора лаборатории Эймса.
Карл А. Гшнайднер-младший (бакалавр наук 1952, доктор философии 1957) (умер) избран членом Национальной инженерной академии в 2007 году. Гшнейднер был мировым авторитетом в области физической металлургии, а также термического и электрического поведения редкоземельных материалов. . Гшнейднер был членом Общества минералов, металлов и материалов, членом Американского общества международных материалов и членом Американского физического общества .
Джеймс Ренье (доктор философии, 1955 г.) (умер в 2019 г.), [7] председатель и главный исполнительный директор Honeywell Inc. (1988–93).
Дарлин К. Хоффман (доктор философии, 1951 г.) , лауреат Национальной медали науки в 1997 г. , помогла подтвердить существование элемента 106, сиборгия .
Джон Уивер (доктор философии, 1973 г.) , названный журналом R&D Magazine «Ученым года» в 1997 г. Уивер возглавляет факультет материаловедения и инженерии в Университете Иллинойса, Урбана-Шампейн.
Джеймс Халлиган (BS 1962, MS 1965, доктор философии 1967) , президент Университета штата Оклахома (1994–2002).
Аллан Макинтош (умер в 1995 г.), эксперт по редкоземельным металлам и президент Европейского физического общества .
Джеймс В. Митчелл (доктор философии, 1970 г.) в Университете штата Айова , названный первым профессором Джорджа Вашингтона Карвера в 1994 году. Он получил две награды R&D 100 Awards и престижную премию Перси Л. Джулиана за исследования, присуждаемую Национальной организацией профессионального развития чернокожих. Химики и инженеры-химики за инновационные промышленные исследования. Митчелл был вице-президентом лаборатории исследования материалов в Bell Laboratories , Lucent Technologies .
Джон Корбетт (умер в 2013 г.), химик и лаборатория Эймса, член Национальной академии наук , создал первый неуглеродный пример бакиболлов ; открыл более 1000 новых материалов.
Кай-Минг Хо , Че-Тинг Чан и Костас Сукулис , физики и лаборатория Эймса, были первыми, кто спроектировал и продемонстрировал существование фотонных кристаллов с запрещенной зоной, открытие, которое привело к развитию быстро расширяющейся области фотонных кристаллов . Ожидается, что фотонные кристаллы найдут революционное применение в оптической связи и других областях световых технологий. Сукулис является лауреатом Премии Декарта за выдающиеся достижения в области совместных научных исследований , высшей награды Европейского Союза в области науки.
Дэн Шехтман , специалист по материаловедению и инженерии, сотрудник Национальной лаборатории Эймса, получил Нобелевскую премию по химии 2011 года за открытие квазикристаллов в Университете Джонса Хопкинса . [4] [5]
Патрисия Тиль (умерла в 2020 г.), химик и лаборатория Эймса, получила одну из первых 100 наград Национального научного фонда «Женщины в науке и технике» (вручена в 1991 г.). Также получил премию AVS Medard W. Welch Award, присуждаемую за выдающиеся исследования в области материалов, интерфейсов и обработки (вручена в 2014 г.).
Эдвард Юнг , химик и лаборатория Эймса, первый человек, который количественно проанализировал химическое содержание одного эритроцита человека, используя устройство, которое он спроектировал и построил; эта разработка может привести к улучшению выявления СПИДа, рака и генетических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, мышечная дистрофия и синдром Дауна. За эту новаторскую работу Юнг получил четыре награды R&D 100 и награду «Выбор редакции» журнала R&D Magazine. В 2002 году он был лауреатом премии Американского химического общества в области хроматографии за исследования в области химического разделения. [8]
Клаус Рюденберг , физик и лаборатория Эймса, лауреат премии Американского химического общества в области теоретической химии в 2001 году за новаторские исследования в области теоретической химии .
Пол Кэнфилд, Сергей Будько, Костас Сукулис , физики и Лаборатория Эймса, включены в список самых влиятельных научных умов мира по версии Thomas Reuters в 2014 году. Награда присуждается за наибольшее количество высокоцитируемых статей (входящих в 1 процент лучших в своей предметной области и году). публикаций в период с 2002 по 2012 год).
Костас Сукулис , физик и лаборатория Эймса, получил Премию Макса Борна от Оптического общества Америки в 2014 году. Эта награда присуждается учёному, внесшему выдающийся вклад в научную область физической оптики.
Ссылки [ править ]
- ^ «Центр подготовки материалов» . Лаборатория Эймса . Проверено 17 июля 2013 г.
- ^ "Главная страница" . Масштабируемая вычислительная лаборатория. Архивировано из оригинала 2 июля 2013 года . Проверено 17 июля 2013 г.
- ^ "НАМЕКАТЬ" . Университет Бригама Янга. Архивировано из оригинала 24 июля 2013 г. Проверено 17 июля 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Дэн Шехтман – Факты» . Нобелевский фонд . Проверено 4 апреля 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Дэн Шехтман | Американская академия искусств и наук» . Американская академия искусств и наук . Январь 2024 года . Проверено 4 апреля 2024 г.
- ^ «Лаборатория Эймса теперь называется Национальной лабораторией Эймса | Лаборатория Эймса» . www.ameslab.gov . Проверено 14 июля 2022 г.
- ^ «Некролог Джеймса Дж. Ренье» . Миннеаполис Стар Трибьюн . Проверено 12 апреля 2022 г.
- ^ «Премия ACS в области хроматографии» . Американское химическое общество . Проверено 12 апреля 2022 г.
