橡树岭国家实验室

橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)，简称ORNL，是美国能源部下属的最大、最多样化的综合性国家实验室。作为世界上首屈一指的研究机构，ORNL构建起了沟通科学与工业技术的桥梁。

该实验室位于美国田纳西州，成立于1943年，现由田纳西大学和巴特尔纪念研究所共同为美国能源部管理。截至2024 年，ORNL共有员工超6000名，包括100多个学科的科学家和工程师。ORNL原称克林顿实验室(Clinton Laboratories)，成立初的任务是开发分离铀同位素所需的技术，为生产世界上第一颗原子弹作出贡献。

橡树岭国家实验室主要开展基础研究和应用开发，提供科学知识和技术上解决复杂问题的创新方法，增强美国在关键科学领域中的领先地位；提高清洁能源的利用率；恢复和保护环境、以及为美国国家安全作贡献。ORNL因其在科技领域，特别是材料科学、核研究、超级计算及环境领域的突破性贡献而享誉全球。

基本介绍

美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）是美国能源部所属最大的科学和能源研究实验室，成立于1943年，现由田纳西大学和Battelle纪念研究所共同管理。20世纪50、60年代，ORNL主要从事核能、物理及生命科学的相关研究。70年代成立了能源部，使得美国橡树岭国家实验室的研究计划扩展到能源生产、传输和保存领域等。

历史背景

第二次世界大战期间，为了赶在德国之前造出原子弹，美国启动了“曼哈顿工程”。作为曼哈顿工程的一部分，1943年2月，在田纳西州诺克斯维尔以西30公里处的克林顿小镇，从事核武试验研究的克林顿实验室破土动工（后改称为橡树岭国家实验室ORNL）。2000年4月以后，ORNL由田纳西大学和Battelle纪念研究所合伙管理。

20世纪50、60年代，ORNL是从事核能和物理及生命科学相关研究的国际中心。70年代成立美国能源部后，ORNL的研究计划扩展到能源产生、传输和保存领域。到21世纪初，该实验室用和平时期同样重要但与曼哈顿计划时期不同的任务支持着美国。

随着现代设施的建设使前沿研究成为可能，ORNL正在对未来的大科学任务进行重新定位，涉及先进的计算、先进材料、生物系统、能源科学、纳米技术、国家安全、中子科学、研究设施和其他有关的研究领域。

ORNL拥有众多的重要科学研究设施，自2013年以来向更高层次发展，建设了新的纳米材料科学中心、基因科学中心、每秒进行40*1012次计算的世界上最大的超级计算机中心等，负责由6个美国实验室共同合作建设的美国最大的民用科学研究项目——价值14亿美元的散裂中子源，设有多个核科学实验室如高通量同位素反应推等，逐渐发展成为大型综合性研究基地，对美国的发展做出了巨大贡献。

ORNL现有雇员4600人，包括科学家和工程师3000人。ORNL每年接待客座研究人员3000名，为期2周或更长的时间，其中约有25%的客座人员来自工业部门。每年接待参观者30000人，另外加上进大学前的10000名学生。

ORNL每年的经费超过16.5亿美元，其中80%来自能源部，20%来自联邦政府和私营部门的客户。其2003财政年度的经费首次超过10亿美元。田纳西大学-Battelle纪念研究所已经提供数百万美元，用于支持大橡树岭地区的数学和科学教育、经济发展和其他项目。

ORNL正计划投资3亿美元，为下一代大科学研究提供现代化的场所。经费由联邦政府、州政府和私营部门提供，用于建造11个新的装置，包括功能性基因组中心、纳米材料科学、先进材料表征实验室和计算科学联合研究所。

投资16亿美元的散裂中子源SNS是世界上最大的民用科学项目，ORNL从而成为世界上首屈一指的中子科学研究中心。

研究

美国橡树岭国家实验室的任务是开展基础和应用项目的研发，提供知识和技术上的创新方法，增强美国在主要科学领域里的领先地位；提高洁净能源的利用率；恢复和保护环境以及为国家安全作贡献。美国橡树岭国家实验室在许多科学领域中都处于国际领先地位。它主要从事6个科学领域方面的研究，包括中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全。

相关

美国橡树岭国家实验室的生物能源研究中心包括生物能源科学中心（BESC）和生物能源可持续发展中心（CBES）。其在生物能源领域的研究范围包括生物原料、原料物流、生物精炼、产品交付、终端用户、可持续性发展、信息等。

生物能源科学中心的任务是在未来五年中解决生物能源的加工问题。美国橡树岭国家实验室的科研人员正在开发可替代燃料的解决方法，生产出清洁的、可行的且可以负担的化石燃料替代品。生物能源科学中心侧重于生物质抗降解性（纤维素生物质抵抗酶分解为糖）的基础研究，生物能源科学中心为解决这一问题把两个方面紧密联系在一起，一是对植物方面的研究，使得细胞壁更容易被解构，一是对生物方面的研究，开发多功能的生物催化剂，可以使修改的植物原料通过单一步骤生产出生物燃料。

生物能源科学中心的研究重点分为三个：

生物质的形成和修改 生物质解构和转化 表征和建模

研究项目包括：

高通量生物质表征管道：生物能源科学中心研究人员开发出一种高通量的管道，以迅速确定化学、解构和遗传特征，这些决定了生物质的抗降解性。微生物介导的综合生物加工进展从计算机模拟构建纤维小体的设计一种新的体外木聚糖生物合成的实验通过环境DNA筛选发现新的纤维素降解酶。

生物能源可持续发展中心研究生物质产品转化为生物燃料和生物基产品的最终可持续性。其研究目的是利用科学的方法分析并理解具有潜力的生物能源产品的可持续性（环境、经济和社会），并找出方法来增强生物能源的可持续性，以及为生物能源利益相关者和决策者提供高质量的数据资源。其主要关注的领域为：

从系统角度对生物能源的选择可持续性与环境、经济和社会问题相结合生物能源可持续发展的合适规模权衡土地使用和土地管理决策的影响量化在地方、区域和全球规模下，生物能源选择对环境、经济和社会的影响木质纤维原料的选择，以及它们对生态系统服务的影响，和对社会、经济的效益可持续发展指标。

美国橡树岭国家实验室的研究人员30年来一直致力于生物原料和生物能源作物领域的研究。他们的研究包括：

促进系统的理解以对能源做出决定通过试验田、实验室和模型试验评估生物能源可持续发展的可行性和影响测试、校准和确定模型的敏感度和不确定性评估数据以描述生物能源的选项向决策者提供科学的数据结果。

截止到2013年，该中心工作人员超过80名，工作领域包括系统工程学、生物化学工程、国家和全球生物能源分析、资源经济学、物流模型、空间数据分析和建模、地理空间科学和技术、运输分析和环境影响等。该中心合作伙伴包括：美国能源部、环保局、国家航空航天局，以及农业部等。

大事

1939年 发现核裂变。

1942年 橡树岭被选为二战曼哈顿计划的场地。

1943年 世界上第一台连续运转造价1200万美元的石墨反应堆经过9个月的建造达到临界。

1944年 石墨反应堆生产出钚，为生产结束二战的原子弹所需钚的Hanford反应堆做好准备。

1945年 在石墨反应堆上发现元素61（钷）；在反应堆上首次开展中子散射研究（实验者为Ernie Wollan和Cliff Shull；后者因在石墨反应堆上所做的开拓性工作荣获1994年诺贝尔物理奖）。

1946年 首次将反应堆生产的放射性同位素送到癌症医院；提出压水反应堆的设想(后用于核电和潜水推力)；设计出放射探测器和剂量仪。

1947年 老鼠用来研究辐射对哺乳动物的遗传影响；原子委员会成立。

1948年 设计用于研究反应堆的燃料成分；材料实验反应堆在ORNL设计，建在爱达荷州。

1949年 在ORNL开发出普雷克斯过程，后来在世界范围内成为从用过的反应堆燃料中回收铀和钚的方法。

1950年 橡树岭反应堆技术学校成立；低流强测试反应堆首次运行。

1951年 整体屏蔽反应堆开始运行；测量中子半寿命；安装5MW静电加速器。

1952年 建造ORNL第一台重离子回旋加速器；根据对被辐照老鼠胚胎的研究，ORNL告戒不要对可能怀孕的妇女进行X光检查；均匀反应堆实验首次运行。

1953年 在ORNL安装当时世界上功率最大的橡树岭自动计算机和逻辑机；ORNL为军队设计在遥远场地使用的可移动反应堆。

1954年 塔式屏蔽设施为ORNL计算提供数据，帮助设计紧凑、重量轻的屏蔽，防止核飞机飞行人员遭受反应堆辐射。虽然核飞机从未建造，但ORNL参与国家的飞机核推进项目开发出大量的有用核技术。

首次成功地进行了实验。在实验中，通过两种不同反应物的分子束流对撞，研究了一种化学反应。

1955年 在联合国和平利用原子大会上ORNL小的“游泳池”式反应堆展示给艾森豪威尔总统；Alvin Weinberg被任命为ORNL所长，任职历时18年。

1956年 核糖核酸（RNA）被发现；展示首例骨髓移植。国家科学院委员会根据ORNL老鼠数据就辐射对人类遗传效应进行预测。

1957年 在ORNL领导的影响下，对可允许的医用辐射水平和工作地点的放射性核素作出决定；ORNL第一台聚变研究装置建成。

1958年 橡树岭研究性反应堆开始运行；美国首次寻找高水平核废料储存地的努力由ORNL开始。

1959年 发现老鼠的雄性取决于Y染色体的存在；对克林奇河（Clinch River）进行了研究，评估从一个主要的核设施释放的放射性同位素的潜在长期危害。

1960年 制作出用作个人辐射监视器的袖珍啸声器；测量化学制品对老鼠的遗传影响的实验计划启动。

1961年 开始开发放射性同位素加热源，为空间卫星提供动力；在ORNL反应堆上开发出嬗变搀杂法；后用于制造电子学部件。

1962年 开展辐射防护物理研究；研究反应堆竣工；借助计算机模拟发现离子沟道效应；军民研究计划启动；木实验台用放射性同位素铯-137作标记；分析表明核武器实验产生的放射性微粒具有危害性。

1963年 辐射屏蔽信息中心成立；橡树岭等时性回旋加速器首次运行。

1964年 成为第一个雇用社会科学家（开始时进行军民研究）的国家实验室；在联合国大会上介绍ORNL核脱盐概念。

1965年 高通亮同位素反应堆(HFIR)和熔盐反应堆运行(MSR)。

1966年 石墨反应堆被命名为国家历史性里程碑；开发出评价核临界安全的KENO蒙特卡洛代码。

1967年 Walker Branch Watershed研究设施对生态系统研究开放；ORNL被选为领导国际生物计划下美国的生态系统研究；在ORNL高速离心机中分离出病毒；开发出评估辐射屏蔽保护能力的模拟代码。

1968年 使用铀233，第二个熔盐反应堆运行（这是第一台使用这种燃料的反应堆）；发明医疗诊断用的快速离心分析仪；用ORNL开发的区域离心机产生出超纯疫苗；设计出能更好抗中子诱导膨胀的不锈钢合金。

1969年 利用新的橡树岭电子直线加速器首次进行了中子截面测量；ORNL成为与遥感结合在一起的地理信息系统的领导者；设计出Apollo11月亮岩石收集器。

1970年 提出SCALE标准，帮助确保用过核燃料的安全储存和运输；ORNL第一台用于等离子体物理实验的托卡马克聚变研究装置运行。

1971年 水生态实验室成立；获得环境影响说明所需的鱼最喜欢水温的数据；在加速器研究中确定了变形的铀234原子核的可能形状。

1972年 能量守恒研究计划启动；老鼠胚胎冷冻、解冻和移植到母性老鼠中，生出健康的幼鼠；在生物反应堆中，发现花园土壤的细菌去掉来自工业废水的硝酸盐和稀有金属；发现四极磁铁大共振；广泛研究出现这些原子核大振荡的模式。

1973年 对月球岩石的组成进行分析；制作出超声波鱼标记，用来测量和传送鱼最喜欢的水温。

1974年 Herman Postma被任命为ORNL所长，历时14年；开发出铬钼钢；在世界范围内，用于电力事业锅炉和炼油锅炉。

1975年 开发出生态系统的计算机模型，使ORNL成为系统生态学方面的领先者；开发出将核燃料密封在空间探测器用的结实铱合金。

1976年 试验性的ANFLOW生物反应堆安装在橡树岭市污水处理厂；改进从煤生产液态和气体燃料并确定它们生物效应的计划启动。

1978年 吉米.卡特总统访问ORNL；开发出为裂变能源研究设备添加燃料的芯块注入法，在世界范围内被广泛采用。

1979年 ORNL的中性注入器帮助普林斯顿等离子体物理实验室使聚变等离子体温度创造记录；ORNL帮助核控制委员会确定三里岛核电厂事故的起因和后果；发现乙亚硝基脲是诱发老鼠变异最有效的化学制品；在研究老鼠中，发现食品防腐剂中的亚硝酸盐与食品和药物胺发生反应，形成引起癌症的硝基胺。

1980年 Holifield重离子研究装置（HHIRF）作为核物理用户装置对外开放；国家小角度散射研究中心开放后，HHIRF成为用户设施；国家环境研究园（12400英亩）开放；发现新的离子注入技术能改进物质表面的性能；ORNL用氮离子注入钛合金后，制造出寿命更长的人造关节；建立计算机模型，预测电站对哈德逊河鱼的影响；ORNL研究人员启动遥控技术研究，成为世界上制造承担危险任务机器人的领先者。

1981年 开发出晶须韧化、抗断裂陶瓷，用于工厂的切削工具。

1982年 为提高冷冻机和加热泵的效率，制定了标准，拟订了设计；制定了绝缘标准，后被联邦政府部门采用；开发出改进的镍铝化物合金，用于钢材和汽车部件的商业化生产；在大线圈测试设备上由聚变能研究人员对超导磁铁成功地进行了测试；二氧化碳信息分析中心成立，该中心是世界上有名的全球变化数据存储中心。

1984年 利用菠菜和藻类中的光和作用，开始进行从水产生含有巨大能量氢的实验。

1985年 开发出用碘123示踪的脂肪酸，用于医疗扫描诊断心脏病；田纳西大学和ORNL建立科学联盟；开发出胶铸，2013年，商业上用于形成微涡论的陶瓷部件。

1986年 ORNL确定切诺尔贝力核电站事故何时发生和为什么释放出那么多的放射。

1987年 高温材料实验室作为用户装置对谋求制造能效高发动机的工业界研究人员开放；激光器用来制造高温超导材料；鉴于能源部对实验室反应堆安全管理的担忧，ORNL所有反应堆关闭。

1988年 为开展聚变能源研究，利用仿星器，启动先进环形装置；Alvin Trivelpiece被任命为ORNL所长，历时12年。

1989年 为核控制委员会重新颁发核电厂运行许可证，提供了“一般环境影响报告”第一草案。

1990年 ORNL的酸雨研究导致控制工业上的硫和氧化氮的排放；原子序数对比电子显微镜看到一列一列的原子；计算机代码帮助部队更好地在战场部署兵力和装备；确认中子内存在夸克。

1991年 在HHFIR上进行的中子活化分析否定了美国一位总统死于砷中毒的说法；写出软件，通过将到处分散的PC机连起来的办法解决问题。

1992年 乔治.布什总统参观ORNL；发明铼188同位素产生器，在世界范围内，治疗癌症和心脏病患者；发明薄膜微型锂电池；发现和克隆老鼠刺豚鼠基因；发现变异基因引起肥胖症、糖尿病和癌症；开发出图形输入语言（GRAIL），用于在计算机上识别DNA序列中的基因。

1993年 发明光学活组织切片检查技术，不动手术就能发现食道中的癌症肿瘤；UT-ORNL名列前500台超级计算机。

1994年 发明“芯片实验室”，商业上用于蛋白质分析和毒品发现实验；发明质谱测定技术，用于探测污染物、爆炸物和蛋白质；开发出ALLIANCE软件，使一组一组的机器人配合工作；为在新的并行超级计算机上运行未来气候模型准备了代码。

1995年 启动当时世界上最快的超级计算机Intel Paragon XP/S 150；发明了制造高温超导线的RABiTSTM方法；开发出超级计算机数据存储和检索超高速系统；ORNL的DNA蛋白质晶体搭载哥伦比亚号宇宙航天飞机在宇宙中生长；为海军开发出探测过往潜水艇的信号分析系统。

1996年 修改了大众冷冻机模型，将能耗降低一半；发现石墨泡沫导热异乎寻常的好；设计出心跳探测器，发现藏在车内的恐怖分子和罪犯；可查找的电子簿式的视窗帮助合作者通过国际网络运行实验。

1997年 开发出检验俄罗斯武器等级的铀转换为反应堆等级燃料的设备；初步设计质谱仪，帮助海军发现生化威胁；第一次被批准公布在遗传上设计的微生物制造出增强受损录象带信号的VITALE，帮助警察解决犯罪问题；世界上最大的集水区实验说明干旱和大雨对森林的影响；首次被批准公布经过遗传工程处理得到的微生物。

1998年 发明MicroCAT扫描仪；绘制出变异老鼠内部变化图；户外FACE实验表明胶皮糖香树在浓化CO2大气中长得更快；ORNL的技术帮助半导体公司发现引起计算机芯片中缺陷的问题。

1999年 副总统戈尔在散裂中子源SNS破土动工仪式上讲话；发明迅速探测人体疾病的多功能生物芯片；开展合金研究导致造纸厂的锅炉更新改进或新的锅炉，使其更加安全。

2000年 Bill Madia被任命为ORNL所长；两台新的超级计算机投入运行；ORNL在国际蛋白质结构预测竞争中，位于前100名的第四名；田纳西大学-ORNL开放国家运输研究中心；开发出节能加热泵水加热器；ORNL帮助将3个人类染色体排序；聚变能理论学家开始设计准-磁场极向仿星器。

2001年 为半导体公司设计出检查三维缺陷直接到数字的全息照相术；GRAIL用于《科学》和《自然》关于人类基因组排序方面具有里程碑性的论文；能源部部长Spencer Abraham访问ORNL，将DOE的土地转给ORNL用于新的建设；与工业伙伴开发出超导变压器和高温超导电缆。

2002年 UT-ORNL计算机科学联合研究所破土动工；3亿美元现代化计划开始动工兴建；能源部批准在ORNL建立纳米相材料科学中心；人类生活家园橱窗中展示的ORNL能源技术；锕-225从ORNL运到医院治疗白血病。

2003年8月1日起，Jeff Wadsworth担任ORNL所长。

2003年 私人资助的设施：在能源部立契约转让的土地上建造300000平方英尺的设施中，将有最先进的能源和计算科学实验室。

2007年7月1日起，凝聚态物理学家Thom Mason担任ORNL所长。

所获荣誉

2022年5月，在全球超算新排名中，美国橡树岭国家实验室的Frontier夺第一。