Восемь способов Аргоннской передовой науки в 2020 году

Eight ways Argonne advanced science in 20200

(Изображение Shutterstock / Dilok Klaisataporn.)

Eight ways Argonne advanced science in 20201

(Изображение Shutterstock / Factory Easy.)

Области применения системы хранения тепловой энергии Аргонны включают комбинированные теплоэнергетические системы, электростанции, опреснительные установки, большегрузные грузовики и многое другое.

Eight ways Argonne advanced science in 20202

(Изображение Shutterstock / eCore Art.)

Eight ways Argonne advanced science in 20203

(Изображение центра наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории.)

Сканирующая электронная микроскопия (РЭМ) изображений пористых кремнеземных наноустройств. Выставленное количество площади поверхности обеспечивает большую возможность прикрепления к пептид-притягивающим фрагментам антител.

Eight ways Argonne advanced science in 20204

(Изображение Аргоннской национальной лаборатории.)

Художественное изображение электрокаталитического процесса превращения углекислого газа и воды в этанол.

Предыдущий Далее

Newswise-в течение всего 2020года Аргонн отвечал на фундаментальные научные вопросы и предоставлял решения для всего мира.

В течение всего года ученые и инженеры из Министерства энергетики США (DOE) Аргоннская национальная лаборатория провела новаторские исследования для решения самых насущных проблем страны. Вот восемь способов, которыми Аргоннские исследования изменили ситуацию в 2020году .

Аргоннские исследования помогают в борьбе с COVID-19

Более 80 исследовательских групп со всей страны использовали Advanced Photon Source (APS), офис DOE of Science User Facility в Аргонне, для изучения SARS-CoV-2 вирус, вызывающий COVID-19. Исследователи зарегистрировали более 10000 часов времени в APS, обнаружив — среди прочего — способы маскировки вируса внутри человеческого тела. Это важнейшее открытие было опубликовано в журнале Nature Communications.

Один из самых влиятельных вкладов APS в вакцины COVID —19 можно проследить до работы, проделанной на объекте в период с 2009 по 2013год . Ученые из Национального института здоровья (NIH) обнаружили метод, который помогает человеческому организму вырабатывать более эффективные антитела против заболевания, называемого респираторно-синцитиальным вирусом, или РСВ Годы спустя те же самые ученые адаптировали эту методику для борьбы с SARS-CoV-2, и их инновация вошла в пять из объявленных кандидатов вакцин, в том числе разработанных Pfizer и Moderna.

Используя комбинацию искусственного интеллекта (ИИ) и суперкомпьютерных ресурсов, Аргоннские исследователи изучают динамику спайкового белка SARS-CoV —2, чтобы определить, как он сливается с клеткой-хозяином человека, что может продвинуть поиск новых лекарств. В ноябре Ассоциация вычислительной техники (ACM) присудила свою первую специальную премию ACM Gordon Bell за исследования COVID-19 на основе высокопроизводительных вычислений мультиинституциональной исследовательской группе, в которую входил Аргонн. Команда показала, как работает SARS-CoV-2 вирус проникает в иммунную систему человека, вызывая цепную реакцию вируса по всему организму.

Аргоннские исследователи разработали CityCOVID, крупномасштабную эпидемиологическую модель, основанную на агентах, которая отслеживает перемещения миллионов моделируемых людей или агентов, когда они занимаются своей повседневной деятельностью, чтобы предсказать, как болезнь будет распространяться и влияние профилактических мер, таких как использование масок. Эта модель, работающая на суперкомпьютерах Аргоннского лидерского вычислительного центра (Argonne Leadership Computing Facility), являющегося офисом Министерства науки США, с самого начала пандемии информировала чиновников из Чикаго, округа Кук и Иллинойса о принятии решений, а также была номинирована в качестве финалиста специальной премии ACM Gordon Bell Special Prize.

Аргоннская система аккумулирования тепла собирает пар

Система хранения тепловой энергии, или Тэсс, может быстро накапливать тепло и высвобождать его для использования при необходимости, превосходя обычные варианты хранения по гибкости и эффективности. Введение Тэсс, объявленное 7 апреля, может улавливать и накапливать тепло от концентрированных солнечных электростанций и подходит для различных коммерческих применений, включая опреснительные установки, комбинированные теплоэнергетические системы (ТЭЦ), промышленные процессы и большегрузные грузовики.

Исследователи продемонстрировали, что TESS может работать при температуре выше 1,292°F. Его высокая плотность энергии делает его меньше и более гибким, чем обычно используемые резервуары для хранения тепла. Возможность рекуперации и использования тепла может повысить эффективность и снизить затраты за счет извлечения большего количества энергии из того же количества топлива.

Аргон, в&Т продлить климатической устойчивости проекта

После годичного сотрудничества между Аргонном и AT&T для прогнозирования рисков, связанных с изменением климата в Юго-Восточном регионе, партнерство объявило в сентябре, что они расширяют свой анализ, чтобы охватить прилегающие Соединенные Штаты. Исследователи прогнозируют влияние климата в региональном, местном и местном масштабах, используя модели с высоким разрешением и широкий спектр статистических методов оценки неопределенности.

AT&T, в свою очередь, использует эти данные в качестве исходных данных для своего инструмента анализа изменения климата, чтобы прогнозировать, как изменения климата повлияют на инфраструктуру и деятельность компании в течение 30 лет в будущем. Как и в случае с первым юго-восточным пилотом, в&T также сделает данные Аргонна бесплатными для широкой публики, что может вдохновить на новые научные приложения, которые могут принести пользу общинам в целом.

Аргонн и партнеры продвигают технологию аккумуляторных батарей

Объединенный центр исследований накопления энергии (JCESR), инновационный центр DOE Energy во главе с Аргонном, добился значительных успехов с твердотельными батареями в качестве перспективных преемников современных литий-ионных (Li-ion) батарей. Исследователи из Университета Ватерлоо, одного из 18 партнеров JCESR, опубликовали в июне исследование по повышению подвижности литий-ионов в твердотельных батареях с помощью эффекта гребного колеса, который представляет собой скоординированное движение атомов.

Кроме того, знание того, как разные ионы движутся через разные электролиты, поможет исследователям понять, как создать батареи, которые лучше всего подходят для их конкретного использования. В прорывном открытии, объявленном 3 декабря группа ученых продемонстрировала комбинацию методов, позволяющих точно измерять ионы, движущиеся через батарею во время работы.

Финансирование жизненно важно для таких исследований, связанных с батареями, и шесть инновационных проектов по производству батарей, возглавляемых Аргонном, были удостоены финансирования в августе через Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США. Эти проекты, охватывающие целый ряд важнейших компонентов для хранения энергии, входят в число 13 проектов по производству батарей в национальных лабораториях, которые за три года получили совокупное финансирование почтив 15 миллионов долларов.

Затем, в сентябре, Аргонн завершил расширение исследовательского центра Materials Engineering Research Facility (MERF), который в настоящее время занимает площадь 28000квадратных футов, где 50 ученые, инженеры и вспомогательный персонал разрабатывают масштабируемые технологии производства передовых энергетических материалов и химических веществ, которые могут быть трудны в производстве.

Наноустройства для мозга могут разрушить бляшки Альцгеймера

В ходе междисциплинарного исследования ученые из Аргонна вместе с сотрудниками Корейского института науки и техники и Корейского передового Института науки и техники объявили 29 апреля, что они разработали подход к предотвращению образования бляшек при болезни Альцгеймера путем разработки наноразмерного устройства, которое захватывает опасные пептиды до того, как они смогут самосбориться.

Болезнь Альцгеймера, шестая ведущая причина смерти в Соединенных Штатах, поражает людей, у которых есть особый тип бляшки, состоящей из самособирающихся молекул, называемых β-амилоидными (Аβ) пептидами, которые накапливаются в мозге с течением времени. Исследователи изучают способы предотвращения образования пептидами этих опасных бляшек, чтобы остановить развитие болезни Альцгеймера в головном мозге.

Новый электрокатализатор преобразует углекислый газ в этанол

Катализаторы ускоряют химические реакции и составляют основу многих промышленных процессов. Например, они необходимы для превращения тяжелой нефти в бензин или реактивное топливо. Исследовательская группа, возглавляемая Аргонном в сотрудничестве с Университетом Северного Иллинойса, заявила в августе, что они обнаружили новый электрокатализатор, который преобразует углекислыйгаз (CO2) и воду в этанол с очень высокой энергетической эффективностью и низкой стоимостью. Этанол является желательным товаром, поскольку он входит в состав почти всех бензинов США и широко используется в качестве промежуточного продукта в химической, фармацевтической и косметической промышленности.

Потому что CO2 это стабильная молекула, превращение ее в другую молекулу обычно является энергоемким и дорогостоящим. Аргоннский процесс будет электрохимически преобразовывать CO2, выделяющийся из промышленных процессов, таких как электростанции на ископаемом топливе или спиртовые ферментационные установки, в ценные товары по разумной цене.

Аргон ведет начало квантовой научный центр

Управление по научно-технической политике Белого дома и DOE объявили 26 августа о создании пяти новых квантовых информационных наук (QIS) Исследовательские центры, возглавляемые национальными лабораториями ДОУ, включая Q-NEXT, возглавляемую Аргонном. Q-NEXT объединяет почти 100 исследователей мирового класса из трех национальных лабораторий, девяти университетов и 10 ведущие американские технологические компании с единственной целью развития науки и техники для контроля и распространения квантовой информации. В августе Управление по научно-технической политике Белого дома, Национальный научный фонд и DOE объявили о присуждении более1 миллиарда долларов премий за создание 12 научно-исследовательских институтов в области искусственного интеллекта и квантовой информатики (QIS). Из1 миллиарда долларов министерствообороны выделило 625 миллионов Аргоннским национальным лабораториям Q-NEXT, Brookhaven, Fermi, Oak Ridge и Lawrence Berkeley.

Это следует за обнародованием 23 июля доклада министерства энергетики США, в котором была представлена стратегия развития национального квантового интернета, которая будет включать в себя все 17 национальные лаборатории, включая Аргонн. Они послужат основой грядущего квантового интернета, который будет опираться на законы квантовой механики для управления и передачи информации более надежно, чем когда-либо прежде.

Медь-67 увеличивает Арсенал радиоизотопов для борьбы с раком

Аргонн увеличил поставки меди-67 (Cu —67), многообещающего медицинского радиоизотопа, который может привести к новым открытиям лекарств и клиническим исследованиям в борьбе с раковыми заболеваниями, такими как нейроэндокринные опухоли, рак предстательной железы и неходжкинская лимфома. Благодаря поддержке изотопной программы DOE Аргоннская Научно-производственная программа по радиоизотопам разработала новый метод получения больших количеств этого желательного радиоизотопа в течение первого полного года его эксплуатации.

Существует острая потребность в новых радиофармпрепаратах для продвижения персонализированной медицины, сочетающих диагностические и терапевтические средства, чтобы адаптировать лечение к индивидуальному ответу пациента. Диагностические средства позволяют врачам визуализировать опухоли и определить наилучший метод лечения. Терапевтические агенты затем предоставляют врачам возможность лечить болезнь. Cu-67 называют «терагностическим» радиоизотопом, который связывает способность визуализировать опухоли со способностью лечить болезнь одним радиоизотопом. Использование этого единственного агента может привести к меньшему количеству инъекций и меньшему количеству визитов пациентов в больницу, а также к снижению затрат.

Об Аргоннском центре наноразмерных материалов
Центр наноразмерных материалов является одним из пяти наноразмерных научно-исследовательских центров DOE, ведущих национальных пользовательских объектов для междисциплинарных исследований в наноразмерном масштабе, поддерживаемых DOE Управление науки. Вместе Нсрк представляют собой набор взаимодополняющих объектов, которые предоставляют исследователям самые современные возможности для изготовления, обработки, характеристики и моделирования наноразмерных материалов и представляют собой крупнейшие инфраструктурные инвестиции национальной нанотехнологической инициативы. NSRCs расположены в национальных лабораториях DOE в Аргонне, Брукхейвене, Лоуренсе Беркли, Ок-Ридже, Сандии и Лос-Аламосе. Для получения дополнительной информации о DOE NSRCs, пожалуйста, посетите https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance.

Argonne Leadership Computing Facility предоставляет суперкомпьютерные возможности научному и инженерному сообществу для продвижения фундаментальных открытий и понимания в широком спектре дисциплин. При поддержке Министерства энергетики США (DOEs) Office of Science, Advanced Scientific Computing Research (ASCR) program, ALCF является одним из двух ведущих вычислительных центров DOE в стране, посвященных открытой науке.

Совместный Центр энергетических исследований в области хранения (JCESR), в ДОУ Энергетический инновационный центр — это крупное партнерство, объединяющее исследователей из многих дисциплин для преодоления критических научно-технических барьеров и создания новых прорывных технологий хранения энергии. В число партнеров, возглавляемых Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США, входят национальные лидеры в области науки и техники из академических кругов, частного сектора и национальных лабораторий. Их совокупный опыт охватывает весь спектр технологических разработок-от фундаментальных исследований до разработки прототипов, разработки продуктов и доставки на рынок.

О дополнительных источника фотонов

Усовершенствованный источник фотонов ( APS ) Управления науки Министерства энергетики СШАв Аргоннской национальной лаборатории является одним из самых производительных в мире рентгеновских источников света. APS предоставляет рентгеновские лучи высокой яркости разнообразному сообществу исследователей в области материаловедения, химии, физики конденсированных сред, наук о жизни и окружающей среде, а также прикладных исследований. Эти рентгеновские лучи идеально подходят для исследования материалов и биологических структур; распределения элементов; химических, магнитных, электронных состояний; и широкого спектра технологически важных инженерных систем от батарей до распылителей топливных форсунок, все из которых являются основой экономического, технологического и физического благополучия нашей страны. Каждый год более 5000 исследователи используют APS для создания более 2000 публикаций, детализирующих впечатляющие открытия, и решения более важных биологических белковых структур, чем пользователи любого другого исследовательского центра рентгеновского источника света. Ученые и инженеры APS внедряют инновационные технологии, которые лежат в основе развития ускорителей и источников света. Это включает в себя вставные устройства, которые производят рентгеновские лучи экстремальной яркости, ценимые исследователями, линзы, которые фокусируют рентгеновские лучи до нескольких нанометров, приборы, которые максимизируют способ взаимодействия рентгеновских лучей с исследуемыми образцами, и программное обеспечение, которое собирает и управляет огромным количеством данных, полученных в результате исследований discovery в APS.

В этом исследовании использовались ресурсы передового источника фотонов, американского DOE Управление науки Пользовательское учреждение, эксплуатируемое для управления науки DOE Аргоннской национальной лабораторией по контракту № DE-AC02-06CH11357.

Система Тандем Аргоннской Ускоритель Линейный Ускоритель

Этот материал основан на работе, поддерживаемой Министерством энергетики США (DOE), управлением науки, управлением ядерной физики по контракту № DEAC0206CH11357. В этом исследовании использовались ресурсы Аргоннской тандемной ускорительной системы Linac (ATLAS), пользовательского объекта DOE Office of Science.

 

Аргоннская национальная лаборатория ищет решения насущных национальных проблем в области науки и техники. Первая в стране Национальная лаборатория Аргонна проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически по всем научным дисциплинам. Аргоннские исследователи тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов и федеральных, государственных и муниципальных учреждений, чтобы помочь им решить свои конкретные проблемы, продвинуть научное лидерство Америки и подготовить нацию к лучшему будущему. С сотрудниками из более чем 60 стран Аргонна управляется компанией UChicago Argonne, LLC для управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите сайт https://energy.gov/science.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Коронавирус-2