アルゴンヌ国立研究所

アルゴンヌ国立研究所
アルゴンヌ国立研究所の航空写真
設立1946年2月8日 （1946年2月8日）
研究の種類研究
予算11億ドル（2022年）[ 1 ]
研究分野
物理科学生命科学環境科学エネルギー科学光子科学データサイエンス 計算科学
監督ポール・カーンズ
スタッフ3400
住所9700 S. キャスアベニュー
位置アメリカ合衆国イリノイ州デュページ郡ダウナーズグローブタウンシップ、レモント
キャンパス1,700エーカー（6.9 km 2）
所属米国エネルギー省シカゴ大学
運営機関
シカゴ大学（UChicago Argonne LLC経由）
エンリコ・フェルミ、マリア・ゲッパート・マイヤー、アレクセイ・アレクセーエヴィチ・アブリコソフ
Webサイトanl.gov

アルゴンヌ国立研究所（ANL）は、アメリカ合衆国イリノイ州レモントにある連邦政府出資の研究開発センターです。1946年に設立され、アメリカ合衆国エネルギー省の支援を受け、シカゴ大学が傘下のUChicago Argonne LLCを通じて運営しています。[ 2 ] [ 3 ]アメリカ合衆国中西部最大の国立研究所です。

アルゴンヌは、シカゴ大学の冶金研究所を起源としており、第二次世界大戦中にマンハッタン計画における原子炉に関する研究をエンリコ・フェルミが行っていたことを部分的に実行するために設立されました。戦後、1946年7月1日に米国初の国立研究所に指定されました。[ 4 ]設立後数十年間、同研究所は原子核物理学の平和利用の中心地であり、現在世界中で稼働中のほぼすべての商用原子力発電所は、アルゴンヌの研究にルーツを持っています。 [ 5 ] 1,000人を超える科学者が、エネルギー貯蔵と再生可能エネルギー、物理学、化学、材料科学の基礎研究、環境持続可能性、スーパーコンピューティング、国家安全保障の分野で研究を行っています。

アルゴンヌ国立研究所はかつて、アイダホ州にアイダホ国立工学環境研究所の隣に、アルゴンヌ国立研究所西（または単にアルゴンヌ西）という小規模な施設を運営していました。2005年、アイダホ州に拠点を置く2つの研究所は合併し、アイダホ国立研究所となりました。[ 6 ]

アルゴンヌは、拡大を続けるイリノイ技術研究回廊の一部です。米国エネルギー省が運営するもう一つの国立研究所であるフェルミ国立加速器研究所は、約32km離れた場所にあります。

概要

アルゴンヌ研究所は2022年に、物理科学と生命科学における科学的発見、エネルギーと気候の研究、社会を守るための地球規模の安全保障の進歩、世界中の何千人もの科学者やエンジニアを支援する研究施設の運営、科学技術労働力の育成など、5つの重点分野を掲げていると発表した。[ 7 ]

歴史

起源

アルゴンヌは、1942年にシカゴ大学におけるマンハッタン計画の一環として冶金研究所として設立されました。同研究所は、シカゴ大学スポーツスタジアムのスタンドの下に世界初の原子炉であるシカゴ・パイル1を建設しました。1943年、CP-1はシカゴ郊外の森林保護区であるアルゴンヌ・フォレストにCP-2として再建されました。ここに建設された研究所施設は、サイトAとして知られるようになりました。

1946年7月1日、「冶金研究所」のサイトAは正式に「核工学における共同研究」のためのアルゴンヌ国立研究所として再認可されました。米国原子力委員会の要請を受け、同研究所は国の平和利用のための原子力エネルギー計画のための原子炉開発を開始しました。1940年代後半から1950年代初頭にかけて、研究所は西へ、より広いデュページ郡の非法人地域に移転し、アイダホ州に「アルゴンヌ・ウェスト」と呼ばれる遠隔地を設立し、さらなる核研究を行いました。

初期の研究

研究所の初期の取り組みは、原子核反応から発電するための設計と材料の開発に重点を置いていました。研究所は、世界初の重水減速炉であるシカゴ・パイル3号炉（1944年）と、アイダホ州にある実験増殖炉I号炉（シカゴ・パイル4号炉）を設計・建設しました。実験増殖炉I号炉は1951年に世界初の原子力発電で4つの電球を点灯させました。現在世界で2番目に普及しているBWR発電所の原子炉は、BORAX実験から生まれました。

アルゴンヌの実験から得られた知識は、世界中で発電に使用されているほとんどの商用原子炉の設計の基礎となり、将来の発電所向け液体金属原子炉の現在の進化する設計に影響を与えています。

一方、同研究所は世界初の原子力潜水艦であるUSSノーチラス号の原子炉設計にも協力していた。ノーチラス号は513,550海里（951,090キロ）以上を航行し、米国の原子力海軍の基礎となった。

しかし、すべての核技術が原子炉の開発に投入されたわけではありません。1957年、原子炉燃料要素のスキャナーを設計していたアルゴンヌ国立研究所の物理学者ウィリアム・ネルソン・ベックは、自らの腕をスキャナー内に挿入し、人体の超音波画像を初めて取得しました。 [ 8 ]放射性物質を扱うために設計された遠隔操作マニピュレーターは、汚染地域、密閉された実験室、洞窟の浄化に使用されるより複雑な機械の基礎を築きました。[ 9 ]

原子力研究に加え、この研究所は物理学と化学の基礎研究も行いました。1955年、アルゴンヌの化学者たちは周期表の99番元素と100番元素であるアインスタイニウムとフェルミウムを共同発見しました。[ 10 ]

1960～1995年

アルゴンヌ国立研究所の3代目所長アルバート・クルー氏（右）が、ゼロ勾配シンクロトロンのコッククロフト・ウォルトン発生装置の隣に立っている。

1962年、アルゴンヌ国立研究所の化学者たちは不活性希ガスであるキセノンの最初の化合物を生成し、化学結合研究の新しい分野を切り開きました。[ 11 ] 1963年には水和電子を発見しました。[ 12 ]

アルゴンヌは1963年に開設された陽子加速器である12.5 GeVゼロ勾配シンクロトロンの建設地として選ばれた。泡箱により科学者は亜原子粒子が泡箱を通過する際の運動を追跡することができ、後に水素泡箱で初めてニュートリノが観測された。 [ 13 ]

1964年、「ヤヌス」原子炉が中性子放射線の生物への影響を研究するために稼働し、発電所、研究所、病院の労働者の安全な被曝レベルのガイドラインに関する研究を提供しました。[ 14 ]アルゴンヌの科学者は、アルファ線を使用して月の表面を 分析する技術を開発しました。この技術は1967年にサーベイヤー5号[ 15 ]に搭載され、後にアポロ11号ミッションの月のサンプルを分析しました。

1978年、アルゴンヌタンデム線形加速器システム（ATLAS）が、電子よりも重い粒子を加速する世界初の超伝導加速器として開設されました。[ 16 ]

この時期の原子力工学実験には、多くの現代の原子力発電所の前身となる実験用沸騰水型原子炉や、ナトリウム冷却で燃料リサイクル施設を備えた実験用増殖炉II （EBR-II）などがあった。EBR-IIは後に、高速中性子炉や1982年のインテグラル高速炉コンセプトなど、他の原子炉設計を試験するために改修された。インテグラル高速炉は、燃料を再処理し、原子廃棄物を削減し、チェルノブイリとスリーマイル島の惨事を引き起こしたのと同じ失敗の安全性試験に耐える革新的な設計であった。[ 17 ]しかし、1994年に米国議会はアルゴンヌの原子力計画の大半への 資金提供を打ち切った。

アルゴンヌ研究所は、物理学、化学科学、冶金学における経験を活かしながら、他の分野にも特化しました。1987年、同研究所はプラズマ航跡場加速と呼ばれる先駆的な技術を初めて実証しました。この技術は、従来の加速器よりもはるかに短い距離で粒子を加速するものです。[ 18 ]また、強力なバッテリー研究プログラムも育成しました。

当時の所長アラン・シュリースハイム氏の強い働きかけにより、この研究所は、1995年に完成し、建設当時世界で最も明るいX線を生成した主要なX線施設である先進光子源の設置場所として選ばれました。

アルゴンヌ国立研究所のIVNタンデムに関するエネルギー省のビデオ

1995年以来

この研究所は、エネルギー研究の中心地として、また大学に設置するには大きすぎる科学施設の拠点として発展し続けました。

2000年代初頭、アルゴンヌ・リーダーシップ・コンピューティング・ファシリティ（ALCF）が設立され、複数のスーパーコンピュータを導入しました。そのうちのいくつかは、建設当時、世界トップ10にランクインする性能を誇っていました。また、同研究所は原子レベルの材料研究を行うナノスケール材料センターも設立し、バッテリー研究と量子技術プログラムを大幅に拡充しました。[ 19 ]

シカゴ・トリビューンは2019年3月、同研究所が世界最強のスーパーコンピュータを構築していると報じた。5億ドルの費用をかけて、1京FLOPSの処理能力を持つ。星の解析や電力網の改善などに活用される予定だ。 [ 20 ]

取り組み

アルゴンヌ国立研究所のIBM Blue Gene/Qスーパーコンピュータ
  • 硬X線科学：アルゴンヌ国立研究所は、世界最大級の高エネルギー光源の一つである先端光子源（APS）を有しています。科学者たちは毎年、APSを用いて有機・無機物質、さらには自動車の燃料噴射装置がエンジン内でガソリンを噴射する仕組みといったプロセスの特性を明らかにし、数千もの発見を成し遂げています。[ 21 ]
  • リーダーシップコンピューティング：アルゴンヌ国立研究所は、オープンサイエンス向けの最速コンピュータの1つとしてアルゴンヌリーダーシップコンピューティング施設（ALCF）を維持管理し、これらの大規模マシン用のシステムソフトウェアを開発してきました。アルゴンヌ国立研究所は、リーダーシップコンピューティングをペタスケールからエクサスケールへと進化させ、新しいコードやコンピューティング環境を開発し、科学的課題の解決に役立つコンピューティングの取り組みを拡大するために取り組んでいます。例えば、2009年10月、同研究所は科学目的でクラウドコンピューティングを調査する共同プロジェクトに着手することを発表しました。[ 22 ] 1970年代にアルゴンヌ国立研究所はNumerische Mathematikの数値線形代数プログラムをALGOLからFortranに翻訳し、このライブラリはCleve MolerらによってLINPACKとEISPACKに拡張されました。
  • エネルギー材料：アルゴンヌ国立研究所の科学者たちは、個々の原子や分子をどこにどのように配置すれば望ましい材料特性が得られるかを予測、理解、そして制御することに取り組んでいます。アルゴンヌ国立研究所の科学者たちは、心臓発作患者の臓器を冷却するための氷スラリーの開発に貢献したほか、[ 23 ]、ナノスケールレベルでダイヤモンドの滑りやすさを解明した[ 24 ]、そしてこれまでのどの材料よりも電流の流れを完全に遮断する超絶縁材料を発見した[ 25 ]など、様々な革新的成果を上げています。
  • 電気化学エネルギー貯蔵：アルゴンヌ国立研究所は、電気輸送技術用バッテリーや、風力や太陽光などの間欠性エネルギー源用のグリッドストレージ用バッテリー、そしてこれらの材料集約型システムに必要な製造プロセスを開発しています。同研究所は50年以上にわたり、先進的なバッテリー材料の研究開発に取り組んできました。[ 26 ]過去10年間、同研究所はリチウムイオンバッテリーに重点を置いており、2009年9月には、その能力を探求し向上させるための取り組みを発表しました。[ 27 ]アルゴンヌ国立研究所はまた、独立したバッテリー試験施設を維持しており、政府および民間企業から提供されたサンプルバッテリーを試験し、経年変化や高温・低温ストレス下での性能を評価しています。[ 28 ]
  • 代替エネルギーと効率：アルゴンヌ国立研究所は、現在のエンジンに適した化学燃料と生物燃料、そして将来のエンジン技術のための改良された燃焼方式を開発しています。また、燃料節約のためのベストプラクティスも推奨しています。例えば、トラックのアイドリング運転の代わりに補助キャブヒーターを設置することを推奨する研究があります。[ 29 ]一方、太陽エネルギー研究プログラムは、拡張性が高く、化石燃料源と経済的に競争力のある太陽燃料および太陽光発電装置とシステムに焦点を当てています。[ 30 ]アルゴンヌ国立研究所の科学者たちは、電力会社と家庭間の電力フローのモデル化とインターフェース技術の研究を通じて、スマートグリッドのベストプラクティスも探求しています。 [ 31 ]
  • 原子力エネルギー：アルゴンヌ国立研究所は、安全で持続可能な原子力発電を可能にする先進的な原子炉および燃料サイクル技術を開発しています。アルゴンヌ国立研究所の科学者は、次世代原子炉の計算モデルと原子炉シミュレーションを開発・検証しています。[ 32 ]別のプロジェクトでは、使用済み核燃料を再処理し、廃棄物を最大90%削減する方法を研究しています。 [ 33 ]
  • 生物・環境システム：気候変動の地域的影響を理解するには、環境と人間活動の相互作用を統合的に理解する必要があります。アルゴンヌの科学者たちは、分子から生物、そして生態系に至るまで、これらの関係性を研究しています。プログラムには、樹木を用いて地下水から汚染物質を除去するバイオレメディエーション、[ 34 ]、がんの早期発見のためのバイオチップ、[ 35 ] 、ナノ粒子を用いてがん細胞を標的とするプロジェクト、[ 36 ] 、土壌メタゲノミクス、そして大気放射測定気候変動研究プロジェクトのためのユーザー施設などがあります。[ 37 ]
  • 国家安全保障：アルゴンヌ国立研究所は、大規模な混乱や破壊を引き起こす可能性のある事態を防止・軽減するためのセキュリティ技術を開発しています。これらの技術には、化学物質、生物物質、核物質、爆発性物質を検知できるセンサー[ 38 ] 、空港でX線よりも容易に危険物質を検知できる携帯型テラヘルツ放射線（「T線」）装置[ 39 ]、地下鉄に放出された化学物質の経路の追跡とモデル化[ 40 ]などが含まれます。

ユーザー施設

アルゴンヌ国立研究所ナノスケール材料センター
アルゴンヌ国立研究所ナノスケール材料センター

アルゴンヌ国立研究所は、単一の企業や大学では建設・運営するには費用がかかりすぎる科学施設を建設・維持しています。これらの施設は、アルゴンヌ国立研究所、民間企業、学術機関、他の国立研究所、そして国際的な科学機関の科学者によって利用されています。

センター

教育と地域社会への貢献

学生がオープンハウスでアルゴンヌのジャイロホイールを調べています。
学生がオープンハウスでアルゴンヌのジャイロホイールを調べています。

アルゴンヌ研究所では、16歳以上のすべての皆様に、科学・工学施設および敷地内のガイド付きツアーへのご参加を歓迎しています。16歳未満のお子様には、幼稚園から高校までの社会科見学に適した体験型学習アクティビティを提供しています。また、研究所では周辺地域の学校を対象とした科学・工学教育のアウトリーチ活動も行っています。

アルゴンヌ国立研究所の科学者とエンジニアは、研究開発活動の一環として、毎年約 1,000 人の大学院生と博士研究員のトレーニングに参加しています。

取締役

これまで13人がアルゴンヌ研究所所長を務めてきた。[ 51 ]

（シカゴ大学は2017年11月にポール・カーンズ氏が「アルゴンヌの第14代所長」に就任すると誤って報告していたことに留意してください。[ 52 ]）

いいえ。画像 監督 学期開始 学期末 参照
1 ウォルター・ジン1946 1956
2 ノーマン・ヒルベリー1957 1961
3 アルバート・V・クルー1961 1967
4 ロバート・B・ダフィールド1967 1973
5 ロバート・G・サックス1973 1979
6 ウォルター・E・マッセイ1979 1984年5月9日
7 アラン・シュリースハイム1984年5月10日 1996年6月30日 [ 53 ]
8 ディーン・E・イーストマン 1996年7月1日 1998年6月30日 [ 54 ] [ 55 ]
暫定 フランク・Y・フラディン 1998年7月1日 1999年6月30日 [ 56 ]
暫定 ユン・イルチャン 1999年7月1日 2000年10月31日
9 ヘルマン・A・グルンダー2000年11月1日 2005年4月17日 [ 57 ]
10 ロバート・ロスナー2005年4月18日 2008年4月30日 [ 58 ]
11 エリック・アイザックス2009年5月1日 2014年3月31日 [ 59 ]
12 ピーター・リトルウッド2014年4月30日 2016年12月31日 [ 60 ] [ 61 ]
暫定 ポール・カーンズ2017年1月1日 2017年11月17日
13 2017年11月17日 現在 [ 52 ] [ 62 ]

メディアで

1996年の追跡映画『チェーン・リアクション』の大部分は、ゼロ勾配シンクロトロンリング室と以前の連続波重水素デモンストレーター研究所で撮影されました。 [ 63 ]

著名なスタッフ

参照

注記

  1. ^ 「アルゴンヌ：数字で見る」アルゴンヌ国立研究所、2020年。 2023年6月1日閲覧。
  2. ^ 「連邦政府資金による研究開発センターのマスター政府リスト | NCSES | NSF」nsf.gov . 2023年3月8日閲覧。
  3. ^ “About | UChicago Argonne LLC” . uchicagoargonnellc.org . 2023年3月8日閲覧。
  4. ^ Holl、Hewlett、Harris、xxページ（はじめに）。
  5. ^ 「アルゴンヌ国立研究所が設計した原子炉」アルゴンヌ国立研究所原子力工学部門. 2023年5月22日閲覧。
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  11. ^ Holl、Hewlett、Harris、226ページ。
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  53. ^ 「アルゴンヌ研究所、新所長を指名」 1984年5月9日、52ページ。シカゴ大学ハンナ・H・グレイ学長は、アルゴンヌ国立研究所の上級副所長兼最高執行責任者であるアラン・シュリースハイム氏が木曜付けで同研究所の所長に任命されたと発表した。
  54. ^ 「アルゴンヌ新所長が任命」シカゴ・クロニクル誌第15巻第1号シカゴ大学1996年8月15日。イーストマン氏は、12年間所長を務めた後、7月1日付で退任する意向を11月に発表していたアラン・シュリースハイム氏の後任となる。
  55. ^ 「アルゴンヌ研究所が新所長を選出」 1996年6月28日、235ページ。
  56. ^ 「アルゴンヌ国立研究所、暫定所長に任命」シカゴ・トリビューン紙、1998年6月19日。アルゴンヌ国立研究所を運営するシカゴ大学は、同研究所のフランク・Y・フラディン副所長が7月から暫定所長に就任すると発表した。これまで所長を務めていたディーン・イーストマン氏は、同大学の常勤職員となる。
  57. ^コッペス、スティーブ（2000年9月21日）「大学、ヘルマン・グルンダー氏をアルゴンヌ国立研究所の新所長に任命」シカゴ・クロニクル紙。シカゴ大学は、国際的に著名な原子核物理学者および加速器物理学者であるヘルマン・グルンダー氏を、11月1日付けでアルゴンヌ国立研究所の所長に任命した。グルンダー氏は、1999年7月1日から暫定所長を務めていた工学研究担当副所長のユン・I・チャン氏の後任となる。
  58. ^ 「ロスナー氏がアルゴンヌ国立研究所所長に任命」シカゴ・クロニクル紙、シカゴ大学、2005年3月17日。シカゴ大学は、4月18日月曜日付けでロバート・ロスナー氏をアルゴンヌ国立研究所所長に任命した。
  59. ^ 「エリック・アイザックス氏がアルゴンヌ国立研究所所長に就任」 ANL、2009年3月11日。シカゴ大学の著名な物理学者であり、米国エネルギー省アルゴンヌ国立研究所の上級管理職を務めるエリック・D・アイザックス氏が、アルゴンヌ国立研究所の次期所長に選出された。就任は2009年5月1日。
  60. ^ 「ピーター・B・リトルウッド氏がアルゴンヌ国立研究所所長に任命」シカゴ大学。2014年3月25日。シカゴ大学の物理学教授であり、米国エネルギー省アルゴンヌ国立研究所の物理科学・工学担当副所長であるピーター・B・リトルウッド氏が、アルゴンヌ国立研究所の第13代所長に選出されたと、シカゴ大学のロバート・J・ジマー学長が発表した。
  61. ^ Adragna, Anthony (2016年11月23日). 「緑の党、予想外の戦いに向けて再集結」 . Politico .
  62. ^ 「ポール・K・カーンズ氏がアルゴンヌ国立研究所の所長に就任」シカゴ大学、2017年11月17日。国立研究所システムおよびエネルギー省において複数の指導的役割を担ってきたカーンズ氏は、現在アルゴンヌ国立研究所の暫定所長を務めています。彼の任命は即時発効します。カーンズ氏は、持続可能なエネルギー、健全な環境、そして安全な国家という現代の大きな課題に対する科学的・工学的解決策を追求する、学際的な科学・工学研究センターであるアルゴンヌ国立研究所の14代目所長です。
  63. ^ “Argonne Basks In Attention Of Anniversary, Film” . Chicago Tribune . 1996年9月17日. 2025年1月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年6月20日閲覧。

参考文献

  • アルゴンヌ国立研究所、1946–96年。ジャック・M・ホール、リチャード・G・ヒューレット、ルース・R・ハリス著。イリノイ大学出版局、1997年。ISBN 978-0-252-02341-5。
  • 核物理学入門SBパテル著 ニューエイジ・インターナショナル社、1991年ISBN 81-224-0125-2。
  • アルゴンヌにおける核化学研究の概要、マーティン H. スタディエ、アルゴンヌ国立研究所報告書、1949 年 6 月 13 日機密解除。
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北緯41度42分33秒 西経87度58分55秒 / 北緯41.709166度、西経87.981992度 / 41.709166; -87.981992

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