En la década de 1940 nacieron muchos conceptos de reactores de potencia, algunos de los cuales desarrollaron tecnologías que todavía se consideran efectivas. Como el uranio se considera muy escaso, algunos científicos han propuesto un reactor rápido que produciría un exceso de plutonio. En 1945, Wigner y Harry Soodak anunciaron el primer diseño de un reactor reproductor refrigerado por sodio.
2. Química de reactores: el descubrimiento del prometio
En 1914, un año antes de morir en combate en la Primera Guerra Mundial, su trabajo afectó a los elementos que finalmente se clasificaron en el tabla periódica. Este talentoso físico británico demostró que debería existir el elemento 61 entre las tierras raras neodimio y samario. En 1941-42, los químicos estadounidenses intentaron crear el elemento 61, pero no pudieron demostrar que este elemento hubiera sido creado.
En 1945, los químicos Jacob Malinsky y Larry Glendening, trabajando en reactores de grafito bajo el liderazgo de Charles Correll, crearon el elemento 61. Obtuvieron el elemento bombardeando neodimio con la fisión del uranio y los neutrones producidos por la fisión del uranio en un reactor. Trabajando en el cercano Laboratorio Térmico y Edificio de Química, utilizaron cromatografía de intercambio iónico para identificar por primera vez en química dos isótopos del elemento 61.
Marinsky y Glendening anunciaron en la reunión de 1947 de la Sociedad Química Americana que habían demostrado la existencia de 61 elementos en química. En 1948, cuando trabajaban en el MIT, sugirieron nombrar 61 elementos "Prometeo" (el gigante de la mitología griega del que se decía que había ofendido al dios Zeus robando fuego del cielo y que fue encadenado a un acantilado en el Cáucaso. torturado por el cóndor). La idea surgió de la esposa de Correll, Grace Marie. En 1949 el nombre fue aceptado por la Unión Internacional de Química y Química.
El prometio es un metal radiactivo emisor de beta que no se encuentra en la corteza terrestre, pero sí se ha visto en el espectro de una estrella de la constelación de Andrómeda. Holmium 147 es un instrumento utilizado en misiles y baterías de energía nuclear.
3. Isótopos nucleares
Durante la Segunda Guerra Mundial, la planta Oak Ridge Y-12 se utilizó para separar electromagnéticamente dos isótopos de uranio para producir materiales aptos para armas para el Proyecto Manhattan. Después de la guerra, todas menos una de las salas de separación de isótopos electromagnéticos se utilizaron para otros fines. Las instalaciones restantes fueron transferidas al ORNL, donde se producen muchos isótopos con fines pacíficos.
4. Medicina nuclear: diagnóstico y tratamiento de enfermedades
El objetivo a largo plazo de los investigadores de medicina nuclear del ORNL es convertir los radioisótopos producidos por el ORNL en reactivos que puedan restaurar la salud humana. Desde mediados de la década de 1970, bajo el liderazgo de Russ Knapp, han desarrollado reactivos de imágenes radiactivas para exploraciones médicas y diagnóstico de enfermedades cardíacas. El agente ha sido probado en 350.000 pacientes en todo el mundo y se ha industrializado en Japón y Rusia para tratar a innumerables pacientes con enfermedades cardíacas. El reactivo ORNL, un ácido graso marcado con yodo radiactivo, se puede utilizar para detectar cuánto músculo cardíaco permanece vivo después de un ataque cardíaco y predecir si la cirugía de bypass o la angioplastia con balón restablecerán toda la circulación sanguínea.
5. Combustible nuclear: desarrollo de nuevas tecnologías
Durante la Segunda Guerra Mundial, el reactor de grafito de Oak Ridge funcionó como planta piloto para demostrar la producción de plutonio. Investigadores de la Universidad ORNL han desarrollado un método químico para separar el plutonio del combustible de uranio gastado y los productos de fisión. Utilizaron la precipitación para extraer plutonio del combustible gastado disuelto en ácido nítrico y diseñaron y aplicaron este proceso.
6. Nuevo diseño de combustible nuclear - industria nuclear
A finales de la década de 1940, el equipo ORNL dirigido por Eugene Wigner diseñó un elemento radiante de calor refrigerado por agua para garantizar que. El reactor de prueba de materiales produce una concentración de neutrones lo suficientemente alta como para determinar qué materiales con el mejor soporte se pueden utilizar en futuros reactores. El elemento de liberación de calor de uranio diseñado por el equipo se coloca entre placas de aluminio y está rodeado de berilio, que refleja los neutrones de regreso al núcleo. El invento más famoso de Wigner fue doblar placas de aluminio de modo que, en condiciones de mucho calor, se doblaran en una sola dirección para evitar la compresión del flujo de fluido de refrigeración por agua, lo que determina la fuerza del flujo de neutrones.
Este diseño fue un modelo para los reactores de investigación y los núcleos submarinos de Estados Unidos.
7. Combustible Nuclear - Software Internacional
SCALE es un sistema de software fácil de usar que se utiliza para determinar si el diseño, la transmisión o el almacenamiento de paquetes de datos para dispositivos nucleares cumplen con normas de seguridad nuclear. Los sistemas desarrollados por ORNL se utilizan para responder preguntas sobre seguridad nuclear en todo el mundo. Por ejemplo, ¿están los tanques de almacenamiento llenos de combustible nuclear gastado adecuadamente protegidos para evitar que los trabajadores alcancen niveles de radiación nocivos? ¿Puede el diseño del tanque de almacenamiento y la ubicación del tanque de almacenamiento en un camión o vagón de plataforma evitar accidentes de criticidad que implican la liberación incontrolada de energía y radiación?
8. Seguridad nuclear: comprender los desafíos
ORNL desempeña un papel en la seguridad nuclear de innumerables maneras. Ha capacitado a más de 900 ingenieros en diseño y operación segura de reactores. El laboratorio publica el Journal of Nuclear Safety desde hace más de 30 años. Desde la década de 1960, ORNL ha desempeñado un papel importante en la seguridad de la criticidad nuclear: el uso de controles industriales para prevenir las posibles consecuencias de reacciones en cadena inesperadas e incontrolables durante el manejo, almacenamiento y transporte de uranio o plutonio. Los investigadores de ORNL proporcionaron a la comunidad internacional varias normas de seguridad clave y aprobaciones regulatorias para este principio rector.
9. Desalación con energía nuclear: anhelando una solución
Las Naciones Unidas estiman que hay 165.438 millones de personas en el mundo, y casi 1 de cada 6 personas no tiene acceso a ella. . Agua potable segura. Una solución es tomar agua del océano y quitarle la sal.
10. No proliferación nuclear: reducción de las amenazas nucleares
En 2002, el equipo de ORNL, junto con expertos de la Administración de Seguridad Nuclear de Estados Unidos, el Departamento de Estado y la Comisión Internacional de Energía Atómica, Se retiraron de forma segura las armas nucleares de los reactores de Yugoslavia y se desmantelaron 50 kilogramos de uranio altamente enriquecido. Los materiales se envían a Rusia y se convierten en combustible apto para reactores.
Para reducir el exceso de plutonio apto para armas producido por los reactores estadounidenses y rusos, ORNL gestiona la producción, irradiación y pruebas de combustible de óxido mixto a base de plutonio para reactores de agua ligera. ORNL gestiona y trabaja con Rusia para desarrollar y producir la tecnología necesaria para el combustible de óxido mixto utilizado en los reactores rusos.
Al trabajar para comercializar y reindustrializar las habilidades inherentes a los antiguos investigadores de armas soviéticos, ORNL está creando empleos significativos para ellos.
11. Variómetro de dispersión de neutrones
Clifford Shull fue el primero en estudiar materiales mediante dispersión de neutrones en el reactor de grafito de Oak Ridge en 1994. Compartió el Premio Nobel de Física. Shull y su mentor Ernest Wollan utilizaron la dispersión de neutrones para determinar las posiciones de los átomos en los cristales. El mundo utiliza la dispersión de neutrones para estudiar la estructura y la dinámica de los materiales y desarrollar materiales magnéticos mejorados que se encuentran en plásticos resistentes, motores pequeños, tarjetas de crédito, discos de computadora y discos de CD. A finales de 1945, Woland estudió sólidos y gases mediante dispersión de rayos X. Creó un haz de neutrones de longitud de onda única haciendo pasar neutrones del reactor a través de un cristal y utilizó un espectrómetro para medir el ángulo y la energía de la dispersión de neutrones al interactuar con los núcleos del reactor. Esta información ayuda a revelar la estructura de la materia.
12. Semiconductores: construyendo un futuro digital
Durante los últimos 40 años, los investigadores de ORNL han proporcionado información y tecnologías vitales que han generado la industria de los semiconductores y han mejorado su importancia económica.
Durante 1962, Ordean Oen y Mark Robinson realizaron simulaciones por computadora mientras realizaban investigaciones teóricas sobre el daño por radiación en materiales cristalinos, revelando el impacto de los canales iónicos en el movimiento de larga distancia de los átomos en sólidos paralelos a largas filas de átomos. Este trabajo, junto con los experimentos de canales de iones de alta energía realizados por Bill Appleton, Charles Mock, Sheldon Datz, Herb Krause y otros, puede ayudar a comprender los fenómenos de los canales y ayudar a la industria a producir productos con las propiedades correctas de los materiales semiconductores.
13. Semiconductores: transmisión de energía
Con alambres y cables superconductores de alta temperatura, la red eléctrica del futuro será más eficiente. En colaboración con socios industriales, los investigadores del ORNL aprovecharon un fenómeno descubierto en 1986, según el cual los cables superconductores de alta temperatura tienen mucha menos resistencia que los cables de cobre.
Los equipos que utilizan esta línea de producción ocupan menos espacio, tienen menores costos operativos y consumen menos energía que tecnologías equivalentes. La conductividad de los cables superconductores en la red eléctrica de Estados Unidos es cinco veces mayor que la del alambre de cobre del mismo tamaño. Como los cables HTS pierden muy poca energía en forma de calor, las pérdidas por transmisión eléctrica se reducen a la mitad, de 8 a 4.
14. Materiales implantados con iones: articulaciones artificiales reales
En ORNL, se descubrieron canales iónicos por medios puramente teóricos, lo que finalmente condujo a la introducción de iones basados en aceleradores en la formulación de materiales. planes. Los investigadores han descubierto que la implantación de iones puede mejorar las superficies de muchos materiales, incluidas las aleaciones utilizadas para fabricar caderas y rodillas artificiales.
15. Análisis de impacto ambiental: encontrar el equilibrio
Antes de construir una instalación aprobada o financiada con fondos federales, se deben examinar cuidadosamente los efectos del proyecto. En una declaración de impacto ambiental debemos sopesar sus costos y beneficios. Desde 1971 se vienen preparando declaraciones de impacto ambiental de este tipo para las centrales nucleares. El ORNL e investigadores de otros tres laboratorios nacionales participan en un plan de emergencia para redactar declaraciones de impacto ambiental para 90 centrales nucleares en funcionamiento y en construcción o diseño. En la década de 1970, ORNL también participó en la decisión de construir torres de enfriamiento para una planta de energía propuesta para proteger la lubina rayada en el río Hudson. Una etiqueta electrónica desarrollada por ingenieros de ORNL se implanta quirúrgicamente bajo la lluvia. Las etiquetas emiten señales ultrasónicas que pueden usarse para observar cambios en el salmón a medida que se acercan a las represas hidroeléctricas, información que ayuda a los peces a moverse con seguridad hacia arriba y hacia abajo por la represa.
16. Calidad ambiental: sembrando las semillas de la ciencia
¿Qué impacto tienen las sustancias radiactivas y nocivas de las instalaciones industriales en los animales y plantas que forman el ecosistema? ¿Cómo interactúan los ecosistemas con la atmósfera terrestre? Durante más de 50 años, los investigadores del ORNL han ayudado a responder estas y otras preguntas, siendo pioneros en nuevas áreas de investigación ecológica.
17. Exploración espacial: la última frontera de la ciencia
El 20 de agosto de 2002, la NASA celebró el 25º aniversario del viaje de la Voyager 2 a través del sistema solar; este puede ser el mayor logro de humanidad en la exploración del universo. La Voyager 2 envió fotografías impresionantes del terreno, los anillos y las lunas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. La Voyager 2 está a más de 6 mil millones de millas del sol y transporta materiales fabricados por ORNL.
18. Grafito y productos de carbono: de los misiles a Nazca
El nombre del reactor de grafito refleja las propiedades requeridas del grafito. Esta forma de carbono cristalino fue seleccionada como agente reductor para el reactor Oak Ridge I y el reactor de generación de plutonio Hanford. El grafito no sólo ralentiza los neutrones producidos en la fisión del uranio lo suficiente como para formar plutonio, sino que también se vuelve más fuerte a altas temperaturas y resiste el daño por radiación.
19, Materiales avanzados-Aleaciones industriales
Síntesis de materiales La primera aleación comercial desarrollada por ORNL es la aleación a base de níquel-N resistente al ácido clorhídrico, desarrollada por International Nickel Corporation y Haynes. Internacional La empresa vende primero. Esta aleación de níquel-molibdeno-cobre-hierro fue desarrollada por Hank Inouye y otros y contiene el combustible utilizado en el reactor de sales fundidas desarrollado por ORNL. Esta aleación resiste el envejecimiento, la fractura y la corrosión causadas por la exposición a sales de fluoruro calientes.
20. Materiales avanzados: herramientas, turbinas y motores diésel
Muchos inventos nunca pasan del laboratorio a la fábrica en 10 o 15 años, pero una de las cerámicas de ORNL dio el salto en el descubrimiento. Se convirtió en un producto comercial un año después. La cerámica de estas reliquias de celebridades es un compuesto de óxido de aluminio y microbigotes de SiC de carburo de silicio hechos de cáscaras de arroz comunes.
21, Biotecnología: uso de bacterias para la eliminación
Chet Francis demostró un ejemplo temprano de biotecnología ORNL en 1972: las bacterias en la tierra del jardín podían eliminar el ácido nítrico de las aguas residuales industriales, la sal y elementos raros. ORNL construyó un biorreactor experimental para procesar residuos de nitrato en su planta de enriquecimiento de uranio de Portsmouth, Ohio. El Sistema de Seguridad Nacional Y-12 en Oak Ridge utilizó el diseño de Francis para una planta para procesar desechos de ácido nítrico.
En estos centros se continúa trabajando en el tratamiento biológico de residuos subterráneos mediante bacterias recombinantes y naturales.
En un experimento con lisímetro realizado en 1997, ORNL utilizó microorganismos modificados genéticamente para detectar contaminantes del suelo. Por primera vez, el gobierno de Estados Unidos aprobó su liberación controlada al medio ambiente en un sitio del Departamento de Energía.
En la década de 1960, Howard Adler y sus asistentes estudiaron los efectos de la radiación en E. coli. Algunas bacterias dañadas por la radiación morían misteriosamente a menos que estuvieran en presencia de otras bacterias. La explicación final es que contiene enzimas de partes de otras membranas bacterianas que eliminan el oxígeno del medio de cultivo, permitiendo que la E. coli dañada se recupere.
Adler y Jim Copeland desarrollaron una técnica para extraer y refrigerar estos fragmentos de película y utilizarlos para extraerlos de un medio de cultivo líquido que soporta microorganismos anaeróbicos (que mueren por el oxígeno) para eliminar el oxígeno. Su tecnología ayuda en la detección temprana de enfermedades causadas por microorganismos anaeróbicos y sustancias químicas como el butanol, como el tétanos y la gangrena. En 1987, formaron Oxyrase Corporation, que continúa vendiendo medios de diagnóstico a laboratorios de investigación y patología hospitalaria en América del Norte, América del Sur, Asia y Europa.
ORNL y otros laboratorios nacionales del Departamento de Energía de EE. UU., junto con Applied Carbo-Chemicals, han desarrollado un proceso de fermentación utilizando un nuevo microorganismo que puede usarse en la producción de descongelantes, aditivos alimentarios, solventes y, en última instancia, plásticos. convertir el azúcar común en ácido succínico. Nhuan Nghiem y Brian Davison de ORNL desarrollaron este proceso de fermentación en un biorreactor. Applied Carbon Chemicals demostró este rápido proceso de fermentación comercial con un volumen de fermentación de más de 654,38 millones de litros.
22. Fotosíntesis - Descubrimiento de la Luz
Varios biólogos del ORNL que descubrieron la luz estaban interesados en estudiar las células de las plantas verdes y la radiación, centrándose en la fotosíntesis.
23. Un vistazo a los sistemas biológicos: fábrica de vida
ORNL ha desarrollado un programa de investigación biológica para determinar la naturaleza de la radiación y sus efectos sobre las células vivas.
Estos estudios se realizaron debido a la preocupación por los efectos sobre la salud de la radiación de los reactores, las pruebas de armas atómicas y los elementos radiactivos que ingresan al cuerpo humano. Alexander Holland Ender, una autoridad mundial en biología de la radiación, llegó a Oak Ridge en 1946 para dirigir a los investigadores del ORNL que estudiaban los efectos de la radiación en microbios, moscas de la fruta, plantas y, más tarde, ratones. Desarrolló un extenso programa que en un momento convirtió a ORNL en el laboratorio biológico más grande del mundo. Veinte investigadores dedicados a la investigación en ciencias biológicas en ORNL fueron elegidos miembros de la Academia Nacional de Ciencias.
24. Biología computacional: descubre genes y predice estructuras de proteínas.
Los investigadores de biología computacional del ORNL desempeñan un papel importante en el Proyecto Genoma Humano. En 2001, el borrador del genoma humano se publicó en números especiales de Science y Nature, los cuales mencionaron la investigación bioinformática del ORNL. Frank Larimer, Jay Snoddy y Ed Uberbacher de ORNL figuran como dos autores del artículo principal de este número de Nature. La herramienta genética de descubrimiento GRAIL utilizada en este trabajo, desarrollada por Uberbacher y Richard Mural, también fue mencionada en Science's Genome Project Chronicle.
Xu Ying y Xu Dong desarrollaron una caja de herramientas informática para predecir y evaluar estructuras de proteínas (PROSPECT), una herramienta computacional que predice la estructura tridimensional de las proteínas a partir de secuencias de aminoácidos. Comprender estas estructuras tridimensionales específicas de las proteínas es importante para la investigación de enfermedades y el descubrimiento de fármacos. PROSPECT puede determinar la estructura geométrica de una proteína en cuestión de horas en lugar de los meses que requieren los experimentos tradicionales. Es una de las mejores herramientas del mundo para predecir la estructura de las proteínas.
25. Tecnología biomédica: detección y prevención de enfermedades
Durante los últimos 50 años, los investigadores del ORNL han inventado grandes instrumentos, pequeños analizadores y pequeños chips para diagnosticar o prevenir enfermedades humanas. enfermedad.
En 1950, un grupo del ORNL liderado por el físico P. R. Bell inventó un espectrómetro de centelleo mejorado que medía la cantidad y la intensidad de los destellos de luz producidos por los fósforos, que estaban relacionados con la proporción de la radiación que incide sobre estos cristales. Los analizadores multicanal registran electrónicamente estos destellos y pueden analizar rápidamente la energía de radiación beta y gamma.
En 1956, el grupo de Bell encontró una manera de incorporar computadoras electrónicas en escáneres médicos para resaltar con mayor precisión los tumores que absorbían isótopos radiactivos, eliminando así la necesidad de cirugía para detectar el cáncer. Estas máquinas de imágenes comerciales desarrolladas por ORNL son utilizadas por los principales centros médicos de todo el mundo para encontrar la ubicación de tumores malignos para poder tratarlos y prolongar la vida de los pacientes.
En 1961, un equipo de ORNL dirigido por Norman Anderson, con financiación de la Comisión de Energía Atómica de EE. UU. y los Institutos Nacionales de Salud, descubrió aplicaciones médicas de la tecnología centrífuga para producir uranio enriquecido para combustible de reactores nucleares. Los investigadores han demostrado que los separadores que giran rápidamente, que separan sustancias en sus componentes moleculares según su tamaño y densidad, pueden purificar vacunas eliminando proteínas extrañas que podrían causar efectos secundarios en pacientes inmunizados. En 1967, las centrífugas de cinta comerciales basadas en la invención de ORNL habían producido vacunas más seguras para innumerables personas.
Bajo la dirección de Anderson, Charles Scott y otros investigadores del ORNL inventaron el analizador centrífugo rápido portátil en las décadas de 1960 y 1970, que se utilizó en clínicas médicas de todo Estados Unidos. Estos analizadores pueden probar la composición de la sangre, la orina y otros fluidos corporales en cuestión de minutos y registrar los datos para su uso en el diagnóstico médico.
La más conocida de estas máquinas es la GeMSAEC de ORNL, que está financiada por la División de Ciencias Médicas Generales del NIH y la Comisión de Energía Atómica. GeMSAEC utiliza un rotor que hace girar 15 tubos transparentes a través de un haz, muestra los resultados en un osciloscopio y envía los datos a una computadora, completando 15 análisis médicos en el tiempo de análisis anterior. Los analizadores médicos basados en la presente invención se utilizan en muchas clínicas estadounidenses.
En las décadas de 1970 y 1980, Carl Burtis de ORNL inventó el rotor de sangre, que incorporó la última tecnología y mejoró el concepto GeMSAEC. Este pequeño analizador utiliza varios reactivos que interactúan con los componentes sanguíneos en presencia de un haz y está diseñado para proporcionar a los médicos y veterinarios mediciones rápidas y simultáneas de componentes sanguíneos humanos y animales. La tecnología se transfirió a Abaxis en 1992 y los analizadores de sangre basados en esta tecnología todavía están en producción.
En la década de 1990, Tuan Vo Dinh del ORNL y Bergein Overholt y Masoud Panjehpour del Thompson Cancer Survivorship Center de Knoxville desarrollaron una técnica láser no quirúrgica para determinar si los tumores esofágicos eran benignos o viciosos.
Este sensor óptico utiliza un endoscopio, fibra óptica, láseres y algoritmos para recopilar y comparar patrones fluorescentes en el esófago (que son diferentes para el tejido normal y el maligno). El sensor ha sido probado en 1.000 muestras de 200 pacientes en el Thomson Cancer Rescue Center. En 98 ensayos, los resultados de las biopsias ópticas y quirúrgicas fueron consistentes. ORNL ha trasladado la tecnología de biopsia óptica al laboratorio de punto de atención oncológico Oak Ridge en Nashville.
Vo-Dinh, Alan Wintenberg y otros han inventado un avanzado sistema de biochip multifuncional que puede diagnosticar rápidamente múltiples enfermedades en el consultorio de un médico en un día. La tecnología se transfirió a HealthSpex en Oak Ridge.
A principios de la década de 1990, Caliper Technologies comercializó un modelo mejorado del "laboratorio en un chip" inventado por el investigador de la Universidad ORNL Mike Ramsey. Estos chips del tamaño de una caja de cerillas tienen varios canales más delgados que un cabello humano que están conectados a recuerdos, todos los cuales están grabados en pequeñas placas de vidrio mediante técnicas de micromecanizado. Los chips se pueden utilizar para analizar ADN, ARN, proteínas y células. Caliper Technologies también vende equipos para experimentos de alto rendimiento de información de entrada y salida para el descubrimiento de fármacos. Las ventas de la empresa en 2001 fueron de casi 30 millones de dólares, un aumento de 59 dólares con respecto a 2000.
26. Máquinas inteligentes: utilizar robots para reducir riesgos.
Los manipuladores mecánicos se utilizan desde hace mucho tiempo en salas blindadas con materiales altamente radiactivos para evitar que los usuarios entren en contacto con materiales radiactivos. Desde finales de la década de 1970, los investigadores del ORNL han inventado servomanipuladores inteligentes controlados a distancia que pueden verse por televisión. Esta tecnología de "teleoperación" podría permitir trabajar en zonas radiactivas que serían demasiado peligrosas para los humanos. Esta tecnología amplía un concepto anterior propuesto en el Laboratorio Nacional Argonne y comenzó la investigación sobre robots ORNL. Desde entonces, la tecnología de control remoto se ha utilizado en el reprocesamiento de combustible nuclear, la gestión de municiones militares en campos de batalla, aceleradores, reactores de fusión y proyectos de limpieza ambiental en la Instalación Nacional de Residuos del Departamento de Energía de EE. UU. (como el corte con arco de plasma controlado remotamente de estructuras metálicas para desmantelar equipos contaminados).
27. Protección contra radiaciones peligrosas y metrología radiológica: ayudan a determinar los principios rectores para la protección radiológica.
1942 12 Cuando Chicago tuvo su primera reacción en cadena controlada, algunos físicos midieron la intensidad de la radiación en el lugar de trabajo. Desde el inicio del Proyecto Manhattan, se han necesitado métodos de "protección radiológica nociva" para medir la radiación emitida por nucleidos artificiales y controlar la contaminación radiactiva en el lugar de trabajo.
28. Protección contra la radiación: la seguridad es lo primero
En la década de 1930, Eugene Wigner inventó una fórmula que demostró que algunos materiales son mejores para absorber o ralentizar la dispersión de neutrones. Más efectivos que otros. . Este trabajo sentó las bases para la investigación sobre protección radiológica.
En 1951, bajo la dirección de Everitt Blizard, ORNL estaba realizando cálculos para determinar el espesor y la configuración del blindaje de plomo, acero y hormigón necesarios para proteger al personal y al equipo de intensidades de radiación dañinas. Para el proyecto abortado de aviones nucleares, los investigadores del ORNL trabajaron arduamente para encontrar materiales de protección contra la luz para proteger de la radiación a las tripulaciones de aviones propulsados por pequeños reactores nucleares. Para proporcionar datos para este esfuerzo, en la década de 1950 se construyeron el ORNL Integral Shield Reactor y el Tower Shield.
En 1958, los investigadores del ORNL desarrollaron el código de transmisión de neutrones y el código de transmisión de fotones, cuyas configuraciones de blindaje protegían mejor a los humanos de la exposición a neutrones y rayos gamma. En 1959, evaluaron la eficacia del blindaje del reactor propuesto para el Savannah, el primer y único barco civil de propulsión nuclear de Estados Unidos.
Desde 65438 hasta 0966, Oak Ridge Electron Linac comenzó a proporcionar a los desarrolladores de códigos de protección datos sobre cómo la radiación interactúa con átomos individuales en los materiales de protección. Los aceleradores ayudan a los científicos a responder preguntas como "¿Cuánta radiación de neutrones capturan o dispersan los núcleos atómicos?" y "¿En qué medida causa la fisión atómica?"
En 1967, ORNL desarrolló un código de simulación computacional que todavía se utiliza hoy en día para evaluar la eficacia del blindaje radiológico. El modelo de propagación de Oak Ridge se publicó en 1986; este primer código público de simulación de transferencia radiativa puede resolver problemas de blindaje grandes, complejos y tridimensionales.
La investigación sobre blindaje de ORNL se está utilizando para diseñar objetivos de fuentes de neutrones por espalación, radioterapia médica y proyectos de seguridad nacional. Los investigadores de la Universidad ORNL también responden a solicitudes de asesoramiento sobre preguntas de detección difíciles.
29. Centro de información: intercambio de datos científicos
Hace cuarenta años, el director de ORNL, Alvin Weinberg, dirigió un panel presidencial para estudiar y abordar el rápido volumen de datos relacionados con los problemas de crecimiento. El grupo recomendó la creación de un centro de procesamiento de información dedicado a revisar, analizar, condensar e interpretar la literatura científica para la comunidad científica.
30. Eficiencia energética: bajo consumo de energía y alto grado de refrigeración.
Durante los últimos 30 años, ORNL ha sido pionero en el desarrollo de sistemas de refrigeración que consumen menos energía y representan una amenaza menor para el medio ambiente. La razón es que desde la década de 1970, el suministro inestable de petróleo importado como combustible ha provocado un aumento de los precios de la energía. Es necesario apuntar a reducciones en las centrales eléctricas alimentadas con carbón, reduciendo así las emisiones de dióxido de carbono que modifican el clima, y para preservar y proteger nuestra capa de ozono estratosférico, es necesario reemplazar los refrigerantes convencionales que contienen clorofluorocarbonos.
31. Eficiencia energética - consumo energético con alta eficiencia térmica.
La Tierra almacena casi la mitad de la energía que recibe del sol, que es al menos 500 veces más energía de la que los humanos necesitamos cada año. Al explotar esta enorme capacidad de almacenamiento de energía, las bombas de calor geotérmicas proporcionan calefacción y refrigeración, así como agua caliente a los edificios. Al utilizar tuberías subterráneas que contienen fluidos que no afectan el medio ambiente, las bombas de calor geotérmicas transfieren calor desde lugares más cálidos a los edificios en invierno e irradian calor desde los edificios a lugares más fríos en verano.
32. Eficiencia energética: edificios del futuro
Después del embargo petrolero árabe contra Estados Unidos en 1974, las largas colas en las gasolineras de Estados Unidos y el aumento de los precios de la energía, ORNL fue invitado a desempeñarse como Gerente del Programa de Investigación de Conservación de Energía del gobierno federal. El Programa de Eficiencia Energética en el Hogar de ORNL, dirigido por Roger Carlsmith, tiene como objetivo reducir el uso doméstico de petróleo, gas y electricidad (20 proporcionados por almazaras). Debido a que la calefacción y la refrigeración representan entre el 50% y el 70% de la energía de un hogar promedio en los Estados Unidos, el consumo de energía y las facturas se pueden reducir significativamente agregando aislamiento para cortar el flujo de calor innecesario a través de las paredes. Los investigadores de ORNL estudiaron formas de mejorar el aislamiento y calcularon el ahorro de energía al agregar aislamiento a hogares y negocios.
33. Los métodos químicos y espectrométricos de masas tuvieron éxito.
Los químicos del ORNL fueron pioneros en la invención de la separación del plutonio y otros productos de fisión del combustible de uranio gastado en reactores de grafito, completando la misión del laboratorio de poner fin a la Segunda Guerra Mundial.
34. Física nuclear y astrofísica: desde átomos hasta planetas en explosión.
La investigación de ORNL en física nuclear comenzó a finales de la década de 1940, principalmente porque la ingeniería de aeronaves nucleares requería información sobre el comportamiento de los neutrones producidos por los reactores y sus efectos sobre los materiales de protección. En 1948, Arthur Snell comenzó su investigación utilizando un acelerador electrostático mejorado de 3MV. El acelerador electrostático 3MV es un acelerador de CC de alto voltaje que produce un haz de neutrones bombardeando litio con protones. En 1951 se instaló el acelerador electrostático más potente del mundo.
35. Computación de alto rendimiento: límites de impacto
Durante 50 años, ORNL ha sido líder en la promoción del desarrollo de la informática. Desde 65438 hasta 0954, un equipo de ORNL dirigido por Alston Householder colaboró con el Laboratorio Nacional Argonne para construir una computadora que fuera la más rápida y tuviera la mayor capacidad de almacenamiento de datos en comparación con cualquier otra computadora del mundo. La máquina, conocida como motor lógico y informático autónomo de Oak Ridge, ayudó a los científicos a resolver muchos problemas de física nuclear, efectos de la radiación y blindaje para el desarrollo del avión nuclear condenado.
36. Simulación de software: modelo de descubrimiento científico
ORNL tiene un gran impacto en el software y los algoritmos utilizados para el descubrimiento científico en todo el mundo. A finales de la década de 1980, ORNL desarrolló el software Parallel Virtual Machine (PVM). A mediados de la década de 1990, el software tenía más de 400.000 usuarios y se convirtió en el estándar de facto para combinar computadoras en supercomputadoras virtuales en todo el mundo.
37. Sistemas de información geográfica: seguimiento de la Tierra
En 1969, ORNL fue pionero en la ciencia de la información geográfica y, más de 10 años después, se desarrolló la industria de los sistemas de información geográfica (SIG) comerciales. SIG es un sistema informático que recopila, almacena, controla y muestra información geográfica, incluidas imágenes recopiladas por satélites y aviones. ORNL utiliza sistemas de información geográfica para combinar varios proyectos de investigación multidisciplinarios que involucran cuestiones locales y globales.
38. Logística de transporte: búsqueda de atajos
¿Cuál es la forma más rápida de transportar tropas y el equipo necesario desde las bases estadounidenses a bases extranjeras para posibles operaciones militares? Gracias a un software especial desarrollado para la Fuerza Aérea de los EE. UU. por investigadores de la Universidad ORNL y la Universidad de Tennessee, las tropas y el equipo de los EE. UU. pueden transportarse por aire a posibles zonas de guerra más rápido que nunca.
39. Energía de biomasa: un nuevo mundo de la madera.
Gracias a un programa del Departamento de Energía administrado por ORNL desde hace 20 años, la industria dispone de una fuente más eficiente de pulpa y madera para papel, materiales de construcción y muebles. El propósito original del Programa de Desarrollo del Suministro de Bioenergía del Departamento de Energía era desarrollar cultivos sostenibles que pudieran convertirse en combustible y cultivarse en granjas. Pero gracias a la colaboración entre ORNL y el Departamento de Agricultura y Servicio Forestal de EE. UU., estaciones de investigación agrícola, varias universidades y varias empresas de productos forestales, se han seleccionado y desarrollado varios árboles y pastos de rápido crecimiento para su uso en productos de madera y energía. El álamo y el pasto varilla son cultivos típicos.
40. Energía de fusión: en busca de la última energía
Durante mucho tiempo, científicos desde Rusia y Japón hasta Europa y Estados Unidos han estado tratando de desarrollar la energía de fusión como una fuente abundante. Energía , segura y respetuosa con el medio ambiente. Para lograr este ambicioso objetivo, deben superar problemas difíciles dentro de las disciplinas de la ciencia y la ingeniería. ORNL es reconocido en la comunidad internacional de fusión por sus contribuciones a casi todas las disciplinas de la ciencia e ingeniería de fusión y por tener laboratorios y tecnologías que mantienen un papel central en el desarrollo de la energía de fusión.
41. Transferencia de tecnología: del banco al mercado
Durante los últimos 40 años, muchas de las tecnologías desarrolladas por ORNL se han transformado en productos y servicios prácticos y se han convertido en la base para la creación. nuevas empresas la base de. Como parte del Laboratorio, el programa de transferencia de tecnología del ORNL y su crecimiento económico son subproductos "descendentes" de la investigación científica básica. De hecho, desde el 30 de abril de 2000, se han formado 30 nuevas empresas, muchas de ellas en Oak Ridge, aprovechando la tecnología de transferencia ORNL.
42. Educación científica: sentar las bases
Desde su fundación, ORNL ha proporcionado recursos para educación, capacitación y oportunidades de investigación. A principios de 1946, Eugene Wigner se convirtió en director de investigación de ORNL y estableció la Escuela Técnica de Reactores Oak Ridge. Esta escuela se ha convertido en un modelo para los cursos de ingeniería nuclear en varias universidades y es la mayor contribución del ORNL a la energía nuclear. Algunos de sus graduados se convirtieron en líderes de la industria nuclear, incluido el Capitán Hyman G. Rickover, quien vino a ORNL para aprender si la Marina de los EE. UU. podría utilizar la energía nuclear.
43. Gestión de residuos: poner fin al ciclo nuclear
Hoy, 60 años después de que los reactores de grafito se volvieran críticos, ORNL está avanzando al descubrir una forma segura de separar los residuos nucleares para ayudar. poner fin al ciclo nuclear. Quizás el trabajo más importante esté relacionado con la ubicación de vertederos geológicos de combustible gastado y residuos nucleares altamente radiactivos, parte del esfuerzo por conseguir que el Congreso apruebe Lance Mountain (Nevada) como posible vertedero. El esfuerzo comenzó con una reunión de la Academia Nacional de Ciencias en 1955 dedicada a desarrollar un plan para la eliminación permanente de los desechos de reactores en Estados Unidos. Entre los 65 científicos que asistieron a la reunión se encontraban los científicos del ORNL Floyd Kahler, Roy Morton y Ed Struckness. Los participantes recomendaron la sal en capas como la mejor manera de tratar los residuos altamente radiactivos, aunque existen otras opciones.
44. Política gubernamental de ayuda al desarrollo científico de Estados Unidos.
La investigación de ORNL proporciona información crítica a los responsables de políticas de ciencia y tecnología del gobierno federal, genera controversia y, a veces, informa el lenguaje de diversas leyes, regulaciones y otras políticas.
Por ejemplo, desde la década de 1960, la investigación del ORNL ha llevado al desarrollo de varias normas regulatorias que han mejorado la seguridad de las operaciones de las centrales nucleares.
45. El futuro de ORNL: el parque científico de próxima generación
En 1943, más de 6.000 trabajadores comenzaron la construcción de aproximadamente 150 edificios que luego formarían ORNL. Todo el personal del laboratorio está reconstruyendo el laboratorio. Además del SNS con fuente de neutrones por espalación de 654.380 millones de dólares, el programa de modernización de 300 millones de dólares le permitirá atraer a la próxima generación de científicos de clase mundial para trabajar en ORNL. Instalación con financiación privada: construida en un terreno arrendado por el Departamento de Energía, la instalación de 300,000 pies cuadrados alberga experimentos de ciencia computacional y energía de última generación.