橡樹嶺國家實驗室設(shè)立背景

第二次世界大戰(zhàn)期間，為了趕在德國之前造出原子彈，美國啟動了"曼哈頓工程"。作為曼哈頓工程的一部分，1943年2月，在田納西州諾克斯維爾以西30公里處的克林頓小鎮(zhèn)，從事核武試驗研究的克林頓實驗室破土動工(后改稱為橡樹嶺國家實驗室ORNL)。

一年之內(nèi)，在一片荒無人煙的不毛之地建成了一座秘密城市"橡樹嶺"以及用于核武試驗研究的國家實驗室。很長一段時間，在公開出版的地圖上是找不到橡樹嶺的。即使在2013年，用GPS也只能查出該實驗室所在的街道，但找不到它具體的門牌號碼位置。

ORNL擁有眾多的重要科學(xué)研究設(shè)施，向更高層次發(fā)展，建設(shè)了新的納米材料科學(xué)中心、基因科學(xué)中心、每秒進(jìn)行40*1012次計算的世界上最大的超級計算機中心等，負(fù)責(zé)由6個美國實驗室共同合作建設(shè)的美國最大的民用科學(xué)研究項目--價值14億美元的散裂中子源，設(shè)有多個核科學(xué)實驗室如高通量同位素反應(yīng)推等，逐漸發(fā)展成為大型綜合性研究基地，對美國的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

ORNL現(xiàn)有雇員4600人，包括科學(xué)家和工程師3000人。ORNL每年接待客座研究人員3000名，為期2周或更長的時間，其中約有25%的客座人員來自工業(yè)部門。每年接待參觀者30000人，另外加上進(jìn)大學(xué)前的10000名學(xué)生。

ORNL每年的經(jīng)費超過16.5億美元，其中80%來自能源部，20%來自聯(lián)邦政府和私營部門的客戶。其2003財政年度的經(jīng)費首次超過10億美元。田納西大學(xué) - Battelle紀(jì)念研究所已經(jīng)提供數(shù)百萬美元，用于支持大橡樹嶺地區(qū)的數(shù)學(xué)和科學(xué)教育、經(jīng)濟發(fā)展和其他項目。

ORNL正計劃投資3億美元，為下一代大科學(xué)研究提供現(xiàn)代化的場所。經(jīng)費由聯(lián)邦政府、州政府和私營部門提供，用于建造11個新的裝置，包括功能性基因組中心、納米材料科學(xué)、先進(jìn)材料表征實驗室和計算科學(xué)聯(lián)合研究所。

投資16億美元的散裂中子源SNS是世界上最大的民用科學(xué)項目，ORNL從而成為世界上首屈一指的中子科學(xué)研究中心。

ORNL的任務(wù)是開展基礎(chǔ)和應(yīng)用的研究與開發(fā)，提供科學(xué)知識和技術(shù)上解決復(fù)雜問題的創(chuàng)新方法，增強美國在主要科學(xué)領(lǐng)域里的領(lǐng)先地位;提高潔凈能源的利用率;恢復(fù)和保護(hù)環(huán)境以及為國家安全作貢獻(xiàn)。

隨著現(xiàn)代設(shè)施的建設(shè)使前沿研究成為可能，ORNL正在對未來的大科學(xué)任務(wù)進(jìn)行重新定位，涉及先進(jìn)的計算、先進(jìn)材料、生物系統(tǒng)、能源科學(xué)、納米技術(shù)、國家安全、中子科學(xué)、研究設(shè)施和其他有關(guān)的研究領(lǐng)域。

ORNL從事跨越廣泛領(lǐng)域科學(xué)學(xué)科的研發(fā)活動，ORNL在許多科學(xué)領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位。它主要從事以下科學(xué)領(lǐng)域的研究，包括中子科學(xué)、復(fù)雜生物系統(tǒng)、能源、先進(jìn)材料、國家安全和高性能計算等。

1、中子科學(xué)

2、生物系統(tǒng)

3、能源

·生物能項目

·電力傳輸技術(shù)技術(shù)

·能源效益和電力技術(shù)

·能源效率和可再生能源(EERE)

·工業(yè)技術(shù)項目

·美國參與國際熱核聚變實驗堆項目

4、先進(jìn)材料

·催化作用基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中心

·結(jié)構(gòu)材料缺陷物理中心

·納米材料科學(xué)中心

·高溫材料實驗室

·工業(yè)技術(shù)項目

5、國家安全

6、高性能計算

7、納米技術(shù)

·生物和納米尺度系統(tǒng)組

· 納米應(yīng)用中心

- 超導(dǎo)線(Superconducting Wires)

ORNL通過絕緣納米點的三維自組裝研制出高溫超導(dǎo)線。分布在厚膜超導(dǎo)第二代線的整個厚度上的納米點陣列作為有效磁通釘扎中心，滿足了最實際的功率應(yīng)用的要求。2006年，該項成就作為"最佳之最佳"被《納米技術(shù)摘要》專業(yè)雜志授予國際納米技術(shù)50強獎。2008年，該實驗室的Amit Goyal博士因開發(fā)區(qū)出此項技術(shù)獲得發(fā)明者獎。

- 診斷(Diagnostics)

ORNL正在開發(fā)和實施直接操縱轉(zhuǎn)錄過程的納米結(jié)構(gòu)器件 – 憑借轉(zhuǎn)錄過程，細(xì)胞內(nèi)的基因可通過電子控制被誘導(dǎo)或壓抑。該方法是利用細(xì)胞滲透納米電極作為細(xì)胞界面的納米功能，使拴系的遺傳物質(zhì)可被引入到一個細(xì)胞和通過多尺度設(shè)備平臺應(yīng)用的外部刺激進(jìn)行監(jiān)管。該研究平臺是一個包括了解在一個單細(xì)胞內(nèi)單個基因功能廣泛應(yīng)用的有力工具。

- 納米發(fā)酵(Nanofermentation)

納米發(fā)酵采用自然金屬還原菌株創(chuàng)造定制的各種重要工程材料的單晶納米顆粒。細(xì)菌可以在工業(yè)生物加工中用于制造混合金屬氧化物的發(fā)現(xiàn)，取得了大規(guī)模納米粉體合成的突破。顆粒的大小和形態(tài)可由集中方法加以控制，包括溫度、孵化時間和選擇電子供體或某些化學(xué)添加劑。

采用熟悉、成熟的工業(yè)設(shè)備和簡單的發(fā)酵做法，納米發(fā)酵在室溫或接近室溫進(jìn)行。該菌株是完全自然的，并不危險。操作過程可在使產(chǎn)品符合特殊需要的廣泛條件下進(jìn)行，并可容易地按比例增加。納米發(fā)酵產(chǎn)生廣泛成分的極其細(xì)微，控制良好并具有很強的結(jié)晶產(chǎn)品。

- 納米強化合金(Nano-Strengthened Alleys)

ORNL的革命性的快速紅外線加熱過程控制在納米級晶粒細(xì)化到生產(chǎn)具有優(yōu)越的抗拉強度和抗疲勞性能的高性能鍛件。ORNL正與鍛造業(yè)協(xié)會一起使這個研發(fā)100大獎獲獎技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化。

- 超疏水材料(Superhydrophobic Materials)

ORNL開發(fā)了具有通過減少摩擦和減少腐蝕，以減少能量損耗潛力的超疏水(防水)納米結(jié)構(gòu)材料。ORNL正致力于將超疏水氧化物為基礎(chǔ)的粉末商業(yè)化。這種粉末具有精確重復(fù)和每個粒子表面有高度統(tǒng)一尺寸的納米特性。

這些功能都涂有一個含氟化合物處理單層。這些超防水材料有許多一般的和高級的用途，包括針對減阻和強化傳熱的節(jié)能應(yīng)用、新型傳感器和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用。ORNL目前正在努力提高粉末的質(zhì)量和開發(fā)粘結(jié)劑系統(tǒng)。

- 實時表征(Real–Time Characterization)

ORNL開發(fā)了一種技術(shù)，利用商用微分遷移率分析儀實時抽樣氣相工藝生產(chǎn)的納米顆粒。已對金屬氧化物顆粒和碳納米材料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了演示。該系統(tǒng)在Luna nanoWorks公司的等離子體電弧反應(yīng)器上進(jìn)行了試驗。

·納米尺度科學(xué)和設(shè)備組

納米尺度科學(xué)和設(shè)備組是ORNL生物科學(xué)部的一部分。其研究領(lǐng)域包括:吸收引起的應(yīng)力、納米電子機械系統(tǒng)和微電子機械系統(tǒng)傳感器、納米尺度分子力學(xué)、接口的物理和化學(xué)、掃描探針顯微鏡和分子梳。

通過開展這些領(lǐng)域的研究，建立一個許多傳統(tǒng)上單獨的科學(xué)領(lǐng)域令人興奮的融合基礎(chǔ)，分子生物學(xué)，流體力學(xué)，量子力學(xué)和光子學(xué)之間一度明顯的邊界劃線被跨越。所取得的技術(shù)進(jìn)展有可能造福人類，從對癌癥的改進(jìn)檢查和治療，地雷的探測，人工恢復(fù)視覺和聽覺受損的視力和聽力，到保護(hù)平民和部隊防止常規(guī)武器以及核武器和生化武器的襲擊。

·生物和納米尺度組

生物和納米尺度組的納米技術(shù)研究包括以下幾個項目:利用納米類似物的納米傳感和驅(qū)動;生物功能表面分子尺度通過掃描探針光刻;和生物分子接口納米尺度設(shè)備圖案化。這些項目針對設(shè)計，建造和實施對接口、模仿或表征生物系統(tǒng)有用的納米結(jié)構(gòu)。

8、其他研究領(lǐng)域

除主要的重點領(lǐng)域之外，ORNL還在以下科學(xué)領(lǐng)域開展世界一流水平的研究:

·化學(xué)科學(xué)領(lǐng)域

ORNL采用實驗、理論和計算的方法開展化學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，包括:化學(xué)生物科學(xué)、流體界面反應(yīng)、結(jié)構(gòu)和運輸、地球化學(xué)與水溶液化學(xué)、多種多樣催化作用、 激光光譜學(xué)、質(zhì)譜測定法、材料化學(xué)、分子變換和燃料化學(xué)、 中子科學(xué)、聚合物，合成與表征、 放射性材料表征、分離化學(xué)、表面科學(xué)與界面化學(xué)、以及理論、建模和模擬。

·核物理領(lǐng)域

研究的重點領(lǐng)域是，在實驗方面，重點放在重離子和原子物理;在理論研究上，重點放在核物理、天體物理和核 - 粒子界面的物理。

1939年 發(fā)現(xiàn)核裂變

1942年 橡樹嶺被選為二戰(zhàn)曼哈頓計劃的場地

1943年 世界上第一臺連續(xù)運轉(zhuǎn)造價1200萬美元的石墨反應(yīng)堆經(jīng)過9個月的建造達(dá)到臨界

1944年 石墨反應(yīng)堆生產(chǎn)出钚，為生產(chǎn)結(jié)束二戰(zhàn)的原子彈所需钚的Hanford反應(yīng)堆做好準(zhǔn)備

1945年 在石墨反應(yīng)堆上發(fā)現(xiàn)元素61(钷);在反應(yīng)堆上首次開展中子散射研究(實驗者為Ernie Wollan和Cliff Shull(右圖); 后者因在石墨反應(yīng)堆上所做的開拓性工作榮獲1994年諾貝爾物理獎)

1946年 首次將反應(yīng)堆生產(chǎn)的放射性同位素送到癌癥醫(yī)院;提出壓水反應(yīng)堆的設(shè)想 (后用于核電和潛水推力);設(shè)計出放射探測器和劑量儀

1947年 老鼠用來研究輻射對哺乳動物的遺傳影響;原子委員會成立

1948年 設(shè)計用于研究反應(yīng)堆的燃料成分;材料實驗反應(yīng)堆在ORNL設(shè)計，建在愛達(dá)荷州

1949年 在ORNL開發(fā)出普雷克斯過程，后來在世界范圍內(nèi)成為從用過的反應(yīng)堆燃料中回收鈾和钚的方法

1950年 橡樹嶺反應(yīng)堆技術(shù)學(xué)校成立;低流強測試反應(yīng)堆首次運行

1951年 整體屏蔽反應(yīng)堆開始運行;測量中子半壽命;安裝5 MW靜電加速器

1952年 建造ORNL第一臺重離子回旋加速器;根據(jù)對被輻照老鼠胚胎的研究，ORNL告戒不要對可能懷孕的婦女進(jìn)行X光檢查;均勻反應(yīng)堆實驗首次運行

1953年 在ORNL安裝當(dāng)時世界上功率最大的橡樹嶺自動計算機和邏輯機;ORNL為軍隊在遙遠(yuǎn)場地使用所設(shè)計的可移動反應(yīng)堆

1954年 ORNL生態(tài)計劃開始;測試ORNL實驗飛機反應(yīng)堆;塔式屏蔽設(shè)施首次運行，為倒運的核飛機計劃提供數(shù)據(jù)和利用兩種不同反應(yīng)物對撞分子束流首次詳細(xì)研究化學(xué)反應(yīng)

1955年 在聯(lián)合國和平利用原子大會上ORNL小的"游泳池"式反應(yīng)堆展示給艾森豪威爾總統(tǒng);Alvin Weinberg 被任命為ORNL所長，在此職位歷時18年

1956年 核糖核酸(RNA)被發(fā)現(xiàn);展示首例骨髓移植。國家科學(xué)院委員會根據(jù)ORNL老鼠數(shù)據(jù)就輻射對人類遺傳效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測

1957年 在ORNL領(lǐng)導(dǎo)的影響下，對可允許的醫(yī)用輻射水平和工作地點的放射性核素作出決定;ORNL第一臺聚變研究裝置建成

1958年 橡樹嶺研究反應(yīng)堆開始運行;美國首次尋找高水平核廢料儲存地的努力由ORNL開始

1959年 發(fā)現(xiàn)老鼠的雄性取決于Y染色體的存在;ORNL研究人員對用于美國第一臺核動力民用船只的掩映隊屏蔽進(jìn)行了鑒定

1960年 制作出用作個人輻射監(jiān)視器的袖珍嘯聲器;測量化學(xué)制品對老鼠的遺傳影響的實驗計劃啟動

1961年 開始開發(fā)放射性同位素加熱源，為空間衛(wèi)星提供動力;在ORNL反應(yīng)堆上開發(fā)出嬗變攙雜法;后用于制造電子學(xué)部件

1962年 開展輻射防護(hù)物理研究;研究反應(yīng)堆竣工;借助計算機模擬發(fā)現(xiàn)離子溝道效應(yīng);軍民研究計劃啟動;木實驗臺用放射性同位素銫-137作標(biāo)記;分析表明核武器實驗產(chǎn)生的放射性微粒具有危害性

1963年 輻射屏蔽信息中心成立;橡樹嶺等時性回旋加速器首次運行

1964年 成為第一個雇傭社會科學(xué)家(開始時進(jìn)行軍民研究)的國家實驗室;在聯(lián)合國大會上介紹ORNL核脫鹽概念

1965年 高通亮同位素反應(yīng)堆(HFIR)和熔鹽反應(yīng)堆運行(MSR)

1966年 石墨反應(yīng)堆被命名為國家歷史性里程碑;開發(fā)出評價核臨界安全的KENO蒙特卡洛代碼

1967年 Walker Branch Watershed研究設(shè)施對生態(tài)系統(tǒng)研究開放;ORNL被選為領(lǐng)導(dǎo)國際生物計劃下美國的生態(tài)系統(tǒng)研究;在ORNL高速離心機中分離出病毒;開發(fā)出評估輻射屏蔽保護(hù)能力的模擬代碼

1968年 使用鈾233，第二個熔鹽反應(yīng)堆運行(這是第一臺使用這種燃料的反應(yīng)堆);發(fā)明醫(yī)療診斷用的快速離心分析儀;用ORNL開發(fā)的區(qū)域離心機產(chǎn)生出超純疫苗;設(shè)計出能更好抗中子誘導(dǎo)膨脹的不銹鋼合金

1969年 利用新的橡樹嶺電子直線加速器首次進(jìn)行了中子截面測量;ORNL成為與遙感結(jié)合在一起的地理信息系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者;設(shè)計出Apollo 11月亮巖石收集器

1970年 提出SCALE標(biāo)準(zhǔn)，幫助確保用過核燃料的安全儲存和運輸;ORNL第一臺用于等離子體物理實驗的托卡馬克聚變研究裝置運行

1971年 水生態(tài)實驗室成立;獲得環(huán)境影響說明所需的魚最喜歡水溫的數(shù)據(jù);在加速器研究中確定了變形的鈾234原子核的可能形狀

1972年 能量守恒研究計劃啟動;老鼠胚胎冷凍、解凍和移植到母性老鼠中，生出健康的幼鼠;在生物反應(yīng)堆中，發(fā)現(xiàn)花園土壤的細(xì)菌去掉來自工業(yè)廢水的硝酸鹽和稀有金屬;發(fā)現(xiàn)四極磁鐵大共振;廣泛研究出現(xiàn)這些原子核大振蕩的模式

1973年 對月球巖石的組成進(jìn)行分析;制作出超聲波魚標(biāo)記，用來測量和傳送魚最喜歡的水溫

1974年 Herman Postma被任命為ORNL所長，歷時14年;開發(fā)出鉻鉬鋼;在世界范圍內(nèi)，用于電力事業(yè)鍋爐和煉油鍋爐

1975年 開發(fā)出生態(tài)系統(tǒng)的計算機模型，使ORNL成為系統(tǒng)生態(tài)學(xué)方面的領(lǐng)先者;開發(fā)出將核燃料密封在空間探測器用的結(jié)實銥合金

1976年 試驗性的ANFLOW生物反應(yīng)堆安裝在橡樹嶺市污水處理廠;改進(jìn)從煤生產(chǎn)液態(tài)和氣體燃料并確定它們生物效應(yīng)的計劃啟動

1978年 吉米.卡特總統(tǒng)訪問ORNL;開發(fā)出為裂變能源研究設(shè)備添加燃料的芯塊注入法，在世界范圍內(nèi)被廣泛采用

1979年 ORNL的中性注入器幫助普林斯頓等離子體物理實驗室使聚變等離子體溫度創(chuàng)造記錄;ORNL幫助核控制委員會確定三里島核電廠事故的起因和后果;發(fā)現(xiàn)乙亞硝基脲是誘發(fā)老鼠變異最有效的化學(xué)制品;在研究老鼠中，發(fā)現(xiàn)食品防腐劑中的亞硝酸鹽與食品和藥物胺發(fā)生反應(yīng)，形成引起癌癥的硝基胺

1980年 Holifield重離子研究裝置(HHIRF)作為核物理用戶裝置對外開放;國家小角度散射研究中心開放后，HHIRF成為用戶設(shè)施;國家環(huán)境研究園(12400英畝) 開放;發(fā)現(xiàn)新的離子注入技術(shù)能改進(jìn)物質(zhì)表面的性能;ORNL用氮離子注入鈦合金后，制造出壽命更長的人造關(guān)節(jié);建立計算機模型，預(yù)測電站對哈得孫河魚的影響;ORNL研究人員啟動遙控技術(shù)研究，成為世界上制造承擔(dān)危險任務(wù)機器人的領(lǐng)先者

1981年 開發(fā)出晶須韌化、抗斷裂陶瓷，用于工廠的切削工具

1982年 為提高冷凍機和加熱泵的效率，制定了標(biāo)準(zhǔn)，擬訂了設(shè)計;制定了絕緣標(biāo)準(zhǔn)，后被聯(lián)邦政府部門采用;開發(fā)出改進(jìn)的鎳鋁化物合金，用于鋼材和汽車部件的商業(yè)化生產(chǎn);在大線圈測試設(shè)備上由聚變能研究人員對超導(dǎo)磁鐵成功地進(jìn)行了測試;二氧化碳信息分析中心成立，該中心是世界上有名的全球變化數(shù)據(jù)存儲中心

1984年 利用菠菜和藻類中的光和作用，開始進(jìn)行從水產(chǎn)生含有巨大能量氫的實驗

1985年 開發(fā)出用碘123示蹤的脂肪酸，用于醫(yī)療掃描診斷心臟病;田那西大學(xué)和橡樹嶺國家實驗室建立科學(xué)聯(lián)盟;開發(fā)出膠鑄，現(xiàn)商業(yè)上用于形成微渦論的陶瓷部件

1986年 ORNL確定切諾爾貝力核電站事故何時發(fā)生和為什么釋放出那么多的放射

1987年 高溫材料實驗室作為用戶裝置對謀求制造能效高發(fā)動機的工業(yè)界研究人員開放;激光器用來制造高溫超導(dǎo)材料;鑒于能源部對實驗室反應(yīng)堆安全管理的擔(dān)憂，ORNL所有反應(yīng)堆關(guān)閉

1988年 為開展聚變能源研究，利用仿星器，啟動先進(jìn)環(huán)形裝置;Alvin Trivelpiece被任命為ORNL所長，歷時12年

1989年 為核控制委員會重新頒發(fā)核電廠運行許可證，提供了"一般環(huán)境影響報告"第一草案

1990年 ORNL的酸雨研究導(dǎo)致控制工業(yè)上的硫和氧化氮的排放 ;原子序數(shù)對比電子顯微鏡看到一列一列的原子;計算機代碼幫助部隊更好地在戰(zhàn)場部署兵力和裝備;確認(rèn)中子內(nèi)存在夸克

1991年 在HHFIR上進(jìn)行的中子活化分析否定了美國一位總統(tǒng)死于砷中毒的說法;寫出軟件，通過將到處分散的PC機連起來的辦法解決問題

1992年 喬治.布什總統(tǒng)參觀ORNL;發(fā)明錸188同位素產(chǎn)生器，在世界范圍內(nèi)治療癌癥和心臟病患者;發(fā)明薄膜微型鋰電池;發(fā)現(xiàn)和克隆老鼠刺豚鼠基因;發(fā)現(xiàn)變異基因引起肥胖癥、糖尿病和癌癥;開發(fā)出圖形輸入語言(GRAIL)，用于在計算機上識別DNA序列中的基因

1993年 發(fā)明光學(xué)活組織切片檢查技術(shù)，不動手術(shù)就能發(fā)現(xiàn)食道中的癌癥腫瘤;UT-ORNL名列前500臺超級計算機

1994年 發(fā)明"芯片實驗室"，現(xiàn)商業(yè)上用于蛋白質(zhì)分析和毒品發(fā)現(xiàn)實驗;發(fā)明質(zhì)譜測定技術(shù)，用于探測污染物、爆炸物和蛋白質(zhì);開發(fā)出ALLIANCE軟件，使一組一組的機器人配合工作;為在新的并行超級計算機上運行未來氣候模型準(zhǔn)備了代碼

1995年 啟動當(dāng)時世界上最快的超級計算機Intel Paragon XP/S 150;發(fā)明了制造高溫超導(dǎo)線的RABiTSTM方法;開發(fā)出超級計算機數(shù)據(jù)存儲和檢索超高速系統(tǒng);ORNL的DNA蛋白質(zhì)晶體搭載哥倫比亞號宇宙航天飛機在宇宙中生長;為海軍開發(fā)出探測過往潛水艇的信號分析系統(tǒng)

1996年 修改了大眾冷凍機模型，將能耗降低一半;發(fā)現(xiàn)石墨泡沫導(dǎo)熱異乎尋常的好;設(shè)計出心跳探測器，發(fā)現(xiàn)藏在車內(nèi)的恐怖分子和罪犯;可查找的電子簿式視窗幫助合作者通過國際網(wǎng)絡(luò)運行實驗

1997年 開發(fā)出檢驗俄羅斯武器等級的鈾轉(zhuǎn)換為反應(yīng)堆等級燃料的設(shè)備;初步設(shè)計質(zhì)譜儀，幫助海軍發(fā)現(xiàn)生化威脅;第一次被批準(zhǔn)公布在遺傳上設(shè)計的微生物制造出增強受損錄象帶信號的VITALE，幫助警察解決犯罪問題;世界上最大的集水區(qū)實驗說明干旱和大雨對森林的影響;首次被批準(zhǔn)公布經(jīng)過遺傳工程處理得到的微生物

1998年 發(fā)明MicroCAT掃描儀;繪制出變異老鼠內(nèi)部變化圖;戶外FACE實驗表明膠皮糖香樹在濃化CO2大氣中長得更快;ORNL的技術(shù)幫助半導(dǎo)體公司發(fā)現(xiàn)引起計算機芯片中缺陷的問題

1999年 副總統(tǒng)戈爾在散裂中子源破土動工儀式上講話;發(fā)明迅速探測人體疾病的多功能生物芯片;開展合金研究導(dǎo)致造紙廠的鍋爐更新改進(jìn)或新的鍋爐，使其更加安全

2000年 Bill Madia 被任命為ORNL所長;兩臺新的超級計算機投入運行;ORNL在國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測競爭中，位于前100名的第四名;田那西大學(xué)-橡樹嶺國家實驗室開放國家運輸研究中心;開發(fā)出節(jié)能加熱泵水加熱器;ORNL幫助將3個人類染色體排序;聚變能理論學(xué)家開始設(shè)計準(zhǔn)-磁場極向仿星器

2001年 HHFIR在更換锫反射器和增加研究建筑后重新運行;為半導(dǎo)體公司設(shè)計出檢查三維缺陷直接到數(shù)字的全息照相術(shù);GRAIL用于《科學(xué)》和《自然》關(guān)于人類基因組排序方面具有里程碑性的論文;能源部部長 Spencer Abraham訪問ORNL，將DOE的土地轉(zhuǎn)給ORNL用于新的建設(shè);與工業(yè)伙伴開發(fā)出超導(dǎo)變壓器和高溫超導(dǎo)電纜

2002年 ORNL-Cray伙伴最快的超級計算機目標(biāo);UT-ORNL計算機科學(xué)聯(lián)合研究所破土動工;3億美元現(xiàn)代化計劃開始動工興建;能源部批準(zhǔn)在ORNL建立那米階段材料科學(xué)中心;人類生活家園櫥窗中展示的ORNL能源技術(shù);錒-225從ORNL運到醫(yī)院治療白血病

2003年8月1日起，Jeff Wadsworth擔(dān)任橡樹嶺國家實驗室所長

2003年 私人資助的設(shè)施:在能源部立契約轉(zhuǎn)讓的土地上建造300，000平方英尺的設(shè)施中，將有最先進(jìn)的能源和計算科學(xué)實驗室。

橡樹嶺國家實驗室有近20個復(fù)雜的實驗設(shè)施和裝置。這些設(shè)施和裝置不僅為本實驗室的科學(xué)家和工程師服務(wù)，而且對美國的大學(xué)、工業(yè)界和其他的國家實驗室以及國外研究機構(gòu)的研究人員開放。同時，通過將不必要的重復(fù)勞動降低到最小程度，促進(jìn)科學(xué)界有益的相互影響和在許多情況下最佳利用昂貴的獨特設(shè)備，推動國家的研究與開發(fā)，并完成能源部的任務(wù)。

ORIC是一臺可變能量多粒子加速器，1962年建成。等時性或磁場沿方位角變化回旋加速器的概念首先由L.H. Thomas于1938年提出。等時性是指通過徑向增加磁場以補償離子質(zhì)量相對論性增加所得到的沿軌道繞轉(zhuǎn)的恒定頻率。因為徑向增加磁場使束流散焦，為環(huán)流時沒有損失和有效引出，所以需要磁場中方位角的變化使束流聚焦。ORIC是首先建成的等時性或磁場沿方位角變化回旋加速器之一。ORIC的主要用途是作為產(chǎn)生放射性離子束的驅(qū)動器，給位于放射性離子束注入器平臺的靶-離子源裝置提供強質(zhì)子、氘核和a粒子。靶反應(yīng)產(chǎn)生放射性原子，然后離子化和加速。

由勞倫斯伯克力國家實驗室 (LBNL)負(fù)責(zé)設(shè)計和建造SNS的前端系統(tǒng)，包括一個離子源，束流形成和控制硬件，以及低能束流傳輸和加速系統(tǒng)。離子源產(chǎn)生負(fù)氫離子 - 帶一個額外的附加電子的氫一 形成一個脈沖束流，并被加速到2.5 MeV。這一束流被傳送到一個大的線性加速器。

生物處理研究設(shè)施系指采用攪拌罐、桶狀反應(yīng)堆和用于大規(guī)模批量和桶型實驗的發(fā)酵實驗生產(chǎn)裝置，研究先進(jìn)生物處理方案的實驗室組合體。研究與開發(fā)活動包括(但不局限于)飼料養(yǎng)分的預(yù)處理和分離、微生物培育分類和改進(jìn)以及基因控制;微生物和酶的定位、先進(jìn)生物反應(yīng)堆原理;垃圾生物處理、處理可行性和按比例擴大、先進(jìn)分析原理、生物處理檢測和控制以及生化分離。

建筑技術(shù)中心確定、開發(fā)和推廣可持續(xù)性和能源效率高的建筑技術(shù)和系統(tǒng)。該中心為美國建筑業(yè)提供建筑外殼、加熱和冷卻以及設(shè)備的測試和分析訣竅。其他研究領(lǐng)域為監(jiān)測和系統(tǒng)分析現(xiàn)有的建筑工作。用于中子科學(xué)的

用于中子科學(xué)的锎用戶裝置是個采用緊湊型(手指大小)锎-252中子源容器的獨特中子輻照裝置。這些中子源為能源部锎-252分配計劃儲存在锎用戶裝置。有兩個沒污染的熱室研究人員可以進(jìn)入和組裝實驗設(shè)備，之后是能放射出大于1011中子/秒的锎-252中子源，這些中子源可用于輻照?？熘凶幼V(平均能量約為2.1MeV)可調(diào)制到熱中子譜，小樣品容積可由大于108 cm-2 s-1的熱和/或快中子通量輻照。相應(yīng)的伽嗎劑量比中子劑量小得多。利用锎用戶裝置的實驗避免了在規(guī)章和放射性方面對中子源進(jìn)行監(jiān)管和處理的考慮。

1、核動力與研究反應(yīng)堆-從曼哈頓工程到電的產(chǎn)生

20世紀(jì)四十年代誕生了許多動力反應(yīng)堆概念，有些發(fā)展被認(rèn)為仍然有效的技術(shù)。因為認(rèn)為鈾非常稀少，所以一些科學(xué)家想出一種產(chǎn)生多余消耗钚的快速反應(yīng)堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用鈉冷卻增殖反應(yīng)堆的第一個設(shè)計。

2、反應(yīng)堆化學(xué)-钷的發(fā)現(xiàn)

1914年，第一次世界大戰(zhàn)中在戰(zhàn)斗中陣亡的前一年，其工作影響元素在周期表中最后排序。才華橫溢的英國物理學(xué)家證明在稀土釹和釤之間應(yīng)該存在元素61。1941-42年美國化學(xué)家們試圖造出元素61，但不能證明已經(jīng)造出這一元素。

1945年，在Charles Coryell的領(lǐng)導(dǎo)下，工作在石墨反應(yīng)堆上的化學(xué)家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他們通過鈾的裂變和用用來自反應(yīng)堆中裂變鈾的中子轟擊釹獲得這一元素。他們在附近的熱實驗室和化學(xué)樓里工作，利用離子交換色層法，首次從化學(xué)上鑒定了元素61的兩個同位素。

Marinsky和Glendenin在1947年的美國化學(xué)學(xué)會會議上宣布了他們在化學(xué)上證明元素61的存在。1948年，他們在馬省理工學(xué)院工作時建議將元素61"钷"命名為普羅米修斯(希臘神話中的巨人，相傳因盜取天火給人類觸怒主神宙斯，被鎖在高加索山崖遭受神鷹折磨)。這一想法來自Coryell的妻子Grace Mary。1949年這一名稱被國際化學(xué)化學(xué)聯(lián)合會所接受。

钷是在地球地殼中沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)射β的放射性金屬，在仙女座中一個星的光譜里看到了它。钷147用于導(dǎo)彈中的儀器核動力電池。

3、核同位素

二次大戰(zhàn)期間，橡樹嶺Y-12廠被用來電磁分離兩個鈾同位素，產(chǎn)生曼哈頓工程用的武器等級的材料。大戰(zhàn)結(jié)束后，除了一個電磁型同位素分離器大廳外，其他所有的大廳均轉(zhuǎn)為它用。剩余的設(shè)施轉(zhuǎn)給ORNL，生產(chǎn)許多用于和平目的的同位素。

4、核醫(yī)學(xué)-疾病的診斷和治療

將ORNL產(chǎn)生的放射性同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榭苫謴?fù)人體健康的試劑是ORNL核醫(yī)學(xué)研究人員長期以來的奮斗目標(biāo)。20世紀(jì)七十年代中葉以來，在Russ Knapp的領(lǐng)導(dǎo)下，他們開發(fā)出用于醫(yī)學(xué)掃描診斷心臟病的放射性成像試劑。該試劑已經(jīng)在全世界350000病人研究中經(jīng)過了試驗，在日本和俄羅斯進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并用于治療無數(shù)的心臟病患者。ORNL試劑是用放射性碘做標(biāo)記的脂肪酸，可用來探測心臟病發(fā)作后心肌有多少還活著，預(yù)測搭橋手術(shù)或氣球狀的血管成型術(shù)是否會恢復(fù)所有血液流通。

5、核燃料-開發(fā)新工藝

第二次世界大戰(zhàn)期間，橡樹嶺的石墨反應(yīng)堆是作為一個試驗工廠為展示钚的產(chǎn)生而運行的。ORNL的研究人員開發(fā)出從用過的鈾燃料和裂變產(chǎn)品中分離钚的化學(xué)工藝。他們利用沉淀從溶解在硝酸中用過的燃料中提取钚，設(shè)計和應(yīng)用工藝。

6、核燃料-核工業(yè)的新設(shè)計

上個世紀(jì)四十年代末，由Eugene Wigner領(lǐng)導(dǎo)的ORNL小組設(shè)計了水冷卻釋熱元件，確保材料試驗反應(yīng)堆產(chǎn)生足夠高的中子濃縮度，以便確定哪些支撐最好的材料可用于未來反應(yīng)堆。該組設(shè)計的鈾釋熱元件放在鋁板之間，外面由鈹包圍，將中子反射回到堆芯。Wigner最有名的發(fā)明是將鋁板彎曲，所以在非常熱的情況下，它們只向一個方向彎曲，防止水冷卻液流量的壓縮，這決定著中子的流強。這個設(shè)計是美國研究反應(yīng)堆和潛水艇堆芯的模型。

7、核燃料-國際軟件

SCALE是一個易于使用用來確定核裝置的設(shè)計和傳輸或存儲數(shù)據(jù)包是否符合核安全標(biāo)準(zhǔn)的計算機軟件系統(tǒng)。ORNL開發(fā)的系統(tǒng)在世界范圍里被用來回答核安全問題。例如:裝有用完的核燃料的儲存罐足以屏蔽，防止雇員達(dá)到有害輻射水平嗎?罐的設(shè)計，在平板卡車或火車車廂里罐的擺放，會防止涉及不受控制地釋放能量和輻射的臨界事故嗎?

8、核安全-了解挑戰(zhàn)

ORNL在無數(shù)方面對核安全起作用。它培養(yǎng)了900多位反應(yīng)堆設(shè)計和安全操作方面的工程師。實驗室出版了核安全雜志已有30多年。60年代以來，ORNL已經(jīng)對核臨界安全具有了重要影響 - 利用工業(yè)控制防止產(chǎn)生在鈾或钚的處理、儲存和運輸中發(fā)生意外不能控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的潛在后果。ORNL的研究人員提供幾個臨界安全標(biāo)準(zhǔn)和管理批準(zhǔn)這個指導(dǎo)原則的國際小組。

9、核脫鹽-渴望解決方案

聯(lián)合國估計全世界有11億人口，幾乎6個人中就有1人喝不到安全的飲用水。一種解決的方案是從海洋里取水并把鹽除掉。

10、核不擴散-降低核威脅

2002年，ORNL組與美國核安全局、國務(wù)院和國際原子能委員會的專家們一道從南斯拉夫反應(yīng)堆上安全拆除50公斤的高濃縮鈾。這些材料被運到俄羅斯轉(zhuǎn)為反應(yīng)堆級燃料。

為減少美國和俄羅斯反應(yīng)堆產(chǎn)生的多余的武器級的钚，ORNL管理多處為輕水反應(yīng)堆生產(chǎn)、輻照和試驗基于钚的混合氧化物燃料的工作。ORNL管理和與俄羅斯從事開發(fā)生產(chǎn)俄羅斯反應(yīng)堆所用混合氧化物燃料需要的技術(shù)。

通過將原蘇聯(lián)的武器研究人員固有的技術(shù)商品化和重新產(chǎn)業(yè)化的努力，ORNL正為他們創(chuàng)造有意義的工作。

11、中子散射-變化的儀器

1994年，率先在橡樹嶺石墨反應(yīng)堆上采用中子散射開展材料研究的Clifford Shull分享了諾貝爾物理獎。Shull和他的導(dǎo)師Ernest Wollan利用中子散射確定晶體中原子在哪里。中子散射在世界上被用于研究材料的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，開發(fā)出強力塑料、小電機中看到的改進(jìn)的磁性材料、信用卡、計算機磁盤和CD盤。1945后期，用X射線散射研究固體和氣體的Wollan考慮用石墨反應(yīng)堆的中子研究散射。他通過讓反應(yīng)堆中子經(jīng)過晶體產(chǎn)生了一個單波長中子束流，并用譜儀測量與中的原子核相互作用所發(fā)生的中子散射的角度和能量。這一信息幫助揭示物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

12、半導(dǎo)體-打造數(shù)字的未來

過去40年間，ORNL的研究人員提供了重要的信息和技術(shù)，產(chǎn)生了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，提高了該產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟意義。

1962年，Ordean Oen和Mark Robinson在開展晶體材料中輻射損傷理論研究的同時，進(jìn)行揭示離子溝道影響與固體中長排的原子平行的原子的長距離運動的計算機模擬。這一工作和Bill Appleton、Charles Moak、Sheldon Datz、Herb Krause和其他人所做的高能離子溝道實驗?zāi)軌蛄私鉁系垃F(xiàn)象，幫助工業(yè)界生產(chǎn)具有正確特性的植入離子的半導(dǎo)體材料。

13、半導(dǎo)體-傳輸電力

由于有了高溫超導(dǎo)線和電纜，未來的電網(wǎng)將更加有效。ORNL的研究人員與工業(yè)伙伴合作，利用1986年發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象所開發(fā)的高溫超導(dǎo)線的電阻比銅線的電阻小得多。與相當(dāng)?shù)募夹g(shù)比較，使用這樣的線的設(shè)備占用空間較小，運行費用較低，耗能較少。美國電網(wǎng)中超導(dǎo)電纜導(dǎo)電是同樣大小尺寸銅線的5倍。因為高溫超導(dǎo)電纜以熱量形式損失很少的能量，所以電傳輸?shù)膿p耗減少一半，從8%降低到4%。

14、離子植入材料-實在的人造關(guān)節(jié)

在ORNL，通過純理論手段出色地發(fā)現(xiàn)離子溝道，最后導(dǎo)致制定基于加速器的計劃將離子引入材料。研究人員發(fā)現(xiàn)離子植入能夠改進(jìn)許多材料的表面，包括用于制造人造髖關(guān)節(jié)和膝蓋的合金。

15、環(huán)境影響分析-尋找平衡

聯(lián)邦政府資助或批準(zhǔn)的設(shè)施在建造前，必須認(rèn)真檢查工程的效果。在環(huán)境影響說明中，必須權(quán)衡它們的造價和效益。自1971年以來，為核電廠曾準(zhǔn)備過這樣的環(huán)境影響說明。ORNL和其他三個國家實驗室的研究人員涉及一個應(yīng)急計劃，為90個運行核電廠和那些建設(shè)中的核電廠或正在設(shè)計中的核電廠起草環(huán)境影響說明。七十年代，ORNL還涉及決定是否為提出的電廠建造冷卻塔，以保護(hù)哈德遜河的有條紋鱸魚。ORNL的工程師們開發(fā)出的一種電子標(biāo)記，它通過手術(shù)植入雨中。該標(biāo)記發(fā)射出超聲波信號，用于觀測三文魚靠近水電大壩時的變化 - 這一信息有助于魚安全通大壩的上游和下游。

16、環(huán)境質(zhì)量-種下科學(xué)的種子

來自工業(yè)設(shè)施的放射性和有害物質(zhì)對構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的動植物有什么影響?生態(tài)系統(tǒng)與地球大氣如何發(fā)生相互作用?ORNL的研究人員幫助回答了這些和其他50多年來的其他問題，開創(chuàng)了生態(tài)研究的新領(lǐng)域。

17、空間探索-最后的前沿科學(xué)

2002年8月20日，美國國家宇航局慶祝旅行者2號宇宙探測器通過太陽系旅程25周年 - 可能是人類探索宇宙最偉大的功績。旅行者2號向地球發(fā)回令人注目的木星、土星、天王星和海王星地形、環(huán)和衛(wèi)星的照片。旅行者2號距太陽足足超過60億英里遠(yuǎn)，上面載有ORNL制造的材料。

18、石墨和碳產(chǎn)品-從導(dǎo)彈到納斯卡(NASCAR)

石墨反應(yīng)堆的名稱承認(rèn)石墨需要有的特性。這種形式的結(jié)晶碳被選為橡樹嶺的第一臺反應(yīng)堆和Hanford钚產(chǎn)生反應(yīng)堆的減速器。石墨不僅將鈾裂變中產(chǎn)生的中子減速到足以使钚形成，而且還在高溫時變得更強，并抗輻射損傷。

19、先進(jìn)材料-工業(yè)用的合金

材料合成ORNL第一個開發(fā)的商業(yè)化的合金是耐鹽酸鎳基合金-N，先由國際鎳公司出售，由Haynes International公司銷售。這個鎳-鉬-銅-鐵合金是由Hank Inouye和其他人開發(fā)的，含有ORNL開發(fā)的熔鹽反應(yīng)堆使用的燃料。該種合金抗老化、抗斷裂和抗暴露在熱的含氟化物的鹽引起的腐蝕。

20、先進(jìn)材料-工具、渦輪機和柴油發(fā)動機

許多發(fā)明在10到15年里從實驗室到工廠都不會取得成功，但ORNL的一種陶瓷發(fā)現(xiàn)后3年成為商業(yè)產(chǎn)品。這個名人遺物收藏館的陶瓷是鋁氧化物和從普通米殼制造的微觀硅炭化物SiC晶須的復(fù)合材料。

21、生物技術(shù)-用細(xì)菌清除

ORNL生物技術(shù)一個早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示:花園土壤中的細(xì)菌能夠去掉工業(yè)廢水中的硝酸鹽和稀有元素。ORNL在俄亥俄州的Portsmouth鈾濃縮廠建了一座試驗生物反應(yīng)堆處理硝酸鹽廢物。橡樹嶺Y-12國家安全整套裝置為處理硝酸廢物的一座工廠采用了Francis的設(shè)計。在這些場地利用重組體和自然細(xì)菌處理地下廢物的生物治療在繼續(xù)進(jìn)行。

在1997年進(jìn)行的lysimeter實驗中，ORNL采用了基因工程微生物來探測土壤污染物;美國政府部門首次批準(zhǔn)它在能源部的一個場地有控制地向環(huán)境釋放。

六十年代，Howard Adler和他的助手們研究輻射對大腸桿菌的影響。一些被輻射損傷的細(xì)菌死亡，神秘的是除非它們生長在有其他細(xì)菌的情況下。最終的解釋是含有來自那些其他細(xì)菌薄膜部分的酶，它把氧從介質(zhì)中去掉，使得受損傷的大腸桿菌得以復(fù)原。

Adler和Jim Copeland開發(fā)出一項提取和冷藏這些薄膜碎片，和利用它們?nèi)サ魜碜灾С謪捬跷⑸?在氧中死亡)液體介質(zhì)的氧的技術(shù)。他們的技術(shù)有助于早發(fā)現(xiàn)由厭氧微生物和生產(chǎn)像丁醇之類的化學(xué)品引起的疾病，如破傷風(fēng)和壞疽。1987年，他們成立了Oxyrase公司，繼續(xù)向北美、南美、亞洲和歐洲的醫(yī)院病理學(xué)和研究實驗室銷售診斷介質(zhì)。

利用在生產(chǎn)除冰劑、食品添加劑、溶劑和最后是塑料中需要的將普通糖轉(zhuǎn)化為琥珀酸的一種新的微生物，ORNL和美國能源部其他的國家實驗室與應(yīng)用碳-化學(xué)制品公司(Applied Carbo-Chemicals)一起開發(fā)了一種發(fā)酵工藝。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反應(yīng)堆中開發(fā)了這一發(fā)酵工藝。應(yīng)用碳-化學(xué)制品公司展示了這一很快商品化的發(fā)酵10萬公升的工藝流程。

22、光合作用-發(fā)現(xiàn)光

發(fā)現(xiàn)光對研究綠色植物細(xì)胞和輻射有興趣的幾位ORNL的生物學(xué)家集中研究了光合作用。

23、生物系統(tǒng)-生命工廠一瞥

ORNL制定其生物研究計劃，旨在確定輻射的性質(zhì)和輻射對活細(xì)胞的影響。

這些研究是出于關(guān)心反應(yīng)堆、原子武器試驗和進(jìn)入人體的放射性元素的輻射對健康的影響而進(jìn)行的。輻射生物學(xué)方面的世界權(quán)威Alexander Hollaender1946年來到橡樹嶺，率領(lǐng)ORNL的研究人員開展輻射對微生物、果蠅、植物和以后是老鼠的影響的研究。他制定了一項廣泛的計劃，一度使ORNL成為世界上最大的生物實驗室。曾在ORNL從事生物科學(xué)研究的20名研究人員被選為美國國家科學(xué)院的院士。

24、計算生物學(xué)-發(fā)現(xiàn)基因，預(yù)言蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

ORNL的計算生物學(xué)研究人員在人類基因組工程中起著重要作用。2001年，《科學(xué)》和《自然》雜志特刊刊登了人類基因組草圖，這兩個特刊都提到了ORNL的生物信息學(xué)研究。ORNL的Frank Larimer、Jay Snoddy和Ed Uberbacher被列為那期《自然》主要論文的兩作者。Uberbacher和Richard Mural開發(fā)的GRAIL發(fā)現(xiàn)基因工具用于這項工作，《科學(xué)》雜志的基因組計劃大事記中也提到了它。

Ying Xu和Dong Xu開發(fā)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)言和評估計算機工具盒(PROSPECT)，即預(yù)言來自氨基酸序列的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的計算工具。了解這些特定的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)對疾病的研究和發(fā)現(xiàn)藥物至關(guān)重要。PROSPECT可在幾小時而不是傳統(tǒng)實驗需要的數(shù)月就可確定蛋白質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)。它是世界上最佳的預(yù)言蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的工具之一。

25、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)-檢查和預(yù)防疾病

在過去的50年中，ORNL的研究人員發(fā)明了大的儀器，小型分析儀和小的芯片，用來診斷或預(yù)防人類疾病和小毛病。

1950年，由物理學(xué)家P. R. Bell領(lǐng)導(dǎo)的ORNL的一個組發(fā)明了一種改進(jìn)閃爍譜儀，測量從磷光體產(chǎn)生與輻射打擊這些晶體成正比的光閃爍的次數(shù)和強度。多路分析儀用電子學(xué)裝置將這些閃爍記錄下來，能夠快速對β和γ輻射能量進(jìn)行分析。

1956年，Bell的組找到將電子計算機并入醫(yī)學(xué)掃描儀更精確地突出吸收放射性同位素的腫瘤的方法，從而不必要開刀來檢查癌。ORNL開發(fā)的這些商業(yè)型號的成像機器被用于全世界的主要醫(yī)學(xué)中心，用來查出惡性腫瘤的位置，以便進(jìn)行治療，延長患者的生命。

1961年，利用美國原子能委員會和美國國家衛(wèi)生院提供的經(jīng)費，由Norman Anderson領(lǐng)導(dǎo)的ORNL的一個組發(fā)現(xiàn)用于生產(chǎn)核反應(yīng)堆燃料濃縮鈾離心技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。研究人員證明，根據(jù)大小和密度將物質(zhì)分離成為分子組成部分的快速自旋分離機，通過去掉可造成免疫病人副作用的外來蛋白質(zhì)，能夠純化疫苗。到1967年，以O(shè)RNL發(fā)明為基礎(chǔ)的商用帶狀離心機為無數(shù)人生產(chǎn)了更為安全的疫苗。

在Anderson的引導(dǎo)下，Charles Scott和其他ORNL的研究人員在六十和七十年代末發(fā)明了可提的快速離心分析儀，用于全美國的醫(yī)療診所。這些分析儀在幾分鐘內(nèi)就能檢驗出血、尿和體內(nèi)其他流體的成分，為醫(yī)療診斷記錄下數(shù)據(jù)。

這些機器中，最著名的是ORNL的GeMSAEC，它由國家衛(wèi)生院的普通醫(yī)學(xué)科學(xué)處和原子能委員會共同資助。利用一個旋轉(zhuǎn)15個透明管通過光束的轉(zhuǎn)子，GeMSAEC將結(jié)果顯示在示波器上，將數(shù)據(jù)送入計算機，在以前一次分析所用的時間里完成15的醫(yī)學(xué)分析。以這一發(fā)明為基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)分析儀用于許多美國的診所。

在七十和八十年代，ORNL的Carl Burtis發(fā)明了可提血液轉(zhuǎn)子(blood rotor)，它采用了最新的技術(shù)，根據(jù)GeMSAEC的概念加以改進(jìn)。這個小的分析儀采用與光束存在的情況下的血液成分發(fā)生作用的各種試劑，旨在為診所醫(yī)師和獸醫(yī)快速和同時提供人和動物血液組成部分的測量結(jié)果。該技術(shù)于1992年轉(zhuǎn)讓給Abaxis公司，仍然生產(chǎn)以該技術(shù)為基礎(chǔ)的血液分析儀。

九十年代，由ORNL的Tuan Vo Dinh和位于Knoxville的湯姆森癌癥救生中心(Thompson Cancer Survival Center)的Bergein Overholt和Masoud Panjehpour開發(fā)了一項確定食管腫瘤是良性還是惡性的非外科激光技術(shù)。

這個光學(xué)傳感器采用內(nèi)診鏡、光纖、激光和算法規(guī)則收集和比較食道中的熒光圖形(正常的惡性組織不同)。該傳感器已在湯姆森癌癥救生中心200個患者的1000個樣品中經(jīng)過試驗。在占98%的試驗中，光學(xué)的和外科的活組織切片檢查結(jié)果一致。ORNL已經(jīng)將光學(xué)活組織切片檢查技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了Nashville的橡樹嶺癌癥即刻化驗室。

Vo-Dinh、Alan Wintenberg和其他人發(fā)明了一種先進(jìn)的多功能生物芯片系統(tǒng)，將來的某一天，它可在醫(yī)生的辦公室里很快診斷很多疾病。該項技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給了橡樹嶺的HealthSpex公司。

九十年代初期由ORNL的研究人員Mike Ramsey發(fā)明的"芯片實驗室"的改進(jìn)型號被Caliper技術(shù)公司(Caliper Technologies)商品化。這些火柴盒大小的芯片有幾個比人的頭發(fā)還細(xì)的通道，它們與存儲器連接，所有的存儲器利用微加工技術(shù)都刻在極小的玻璃板上。芯片可以用來分析DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞。Caliper技術(shù)公司也在銷售針對發(fā)現(xiàn)藥物的高輸入輸出信息通過量實驗用的設(shè)備。該公司2001年的銷售額接近3000萬美元，比2000年增長59%。

26、智能機器-用機器人降低風(fēng)險

機械操縱器早已用于高放射性物質(zhì)工作屏蔽室，防止使用者接觸放射性物質(zhì)。從七十年代晚期開始，ORNL的研究人員就發(fā)明了遙控的靈巧伺服操作器，可在電視上看這些操作器的工作。這樣的"遙控操作"技術(shù)能夠使在對人太危險的放射性區(qū)域的工作成為可能。這一技術(shù)擴展了阿貢國家實驗室提出的較早概念，啟動了ORNL機器人的研究。從此，遙控技術(shù)便應(yīng)用到核燃料再加工、軍事戰(zhàn)場彈藥管理、加速器、聚變反應(yīng)堆和美國能源部全國廢料廠環(huán)境清理工程(如遙控等離子體弧切金屬結(jié)構(gòu)以拆除被污染的設(shè)備)。

27、有害輻射防護(hù)學(xué)和輻射計量學(xué)-幫助確定輻射防護(hù)的指導(dǎo)原則

1942年12月當(dāng)芝加哥獲得第一個受控連鎖反應(yīng)時，一些物理學(xué)家測量了工作地點的輻射強度。因為曼哈頓工程開始，所以需要用"有害輻射防護(hù)學(xué)"的方法測量由人造核素放射出的輻射和控制工作地點的放射性污染。

28、輻射屏蔽-安全第一

20世紀(jì)三十年代，Eugene Wigner發(fā)明了一個公式，表明有些材料比其他材料在接收或放慢中子散射中更為有效。這一工作確立了輻射防護(hù)研究的基礎(chǔ)。

到1951年，在Everitt Blizard的指導(dǎo)下，ORNL成為進(jìn)行計算以確定需要防止人和設(shè)備受到有害輻射強度輻射的鉛、鋼和混凝土屏蔽的厚度和配置。對于后來流產(chǎn)的核飛機工程，ORNL的研究人員努力工作，以找到保護(hù)由小核反應(yīng)堆提供動力的飛機機組人員免受輻射的重量輕的屏蔽材料。為了給這一工作提供數(shù)據(jù)，五十年代建造了ORNL整體屏蔽反應(yīng)堆和塔式屏蔽裝置。

1958年，ORNL的研究人員開發(fā)了中子傳輸代碼和光子傳輸代碼，它們的屏蔽配置最佳地防止人類受到中子和伽馬射線的輻射。1959年，他們評估了為美國第一艘也是唯一的一艘核動力民用船只Savannah號提出的反應(yīng)堆屏蔽的有效性。

1966年，橡樹嶺電子直線加速器開始為屏蔽代碼開發(fā)者提供輻射如何與單個原子在屏蔽材料中發(fā)生相互作用方面的數(shù)據(jù)。該加速器幫助科學(xué)家們回答了像"中子輻射被原子核捕獲或散射掉了多少?"和"引起原子裂變多少?"這樣的問題。

1967年，ORNL開發(fā)了計算模擬代碼，該代碼仍然用來評價輻射屏蔽的有效性。1986年，橡樹嶺傳輸模型公布;這個第一次公開的輻射傳輸模擬代碼能夠解決極大、復(fù)雜和三維屏蔽問題。

ORNL的屏蔽研究正用于設(shè)計散裂中子源靶、醫(yī)學(xué)輻射治療和國土安全工程。ORNL的研究人員還對困難屏蔽問題的咨詢請求做出反應(yīng)。

29、信息中心-分享科學(xué)數(shù)據(jù)

四十年前，ORNL所長Alvin Weinberg率領(lǐng)總統(tǒng)專門小組研究解決迅速增長的數(shù)據(jù)量問題。該小組建議成立專門的信息處理中心，負(fù)責(zé)為科學(xué)界評審、分析、壓縮和解釋科學(xué)文獻(xiàn)。

30、能源效率-能耗低冷卻度高

在過去的三十年中，ORNL率先開發(fā)出能耗低并對環(huán)境構(gòu)成較小威脅的冷凍系統(tǒng)。之所以要這樣做，原因是七十年代以來，因為進(jìn)口用于燃料的石油供應(yīng)不穩(wěn)定造成能源價格的上漲;需要降低燃煤電廠的目標(biāo)，因而削減使氣候改變的二氧化碳的排放量，以及為保存保護(hù)我們的平流層臭氧層必須替換含有氟氯碳傳統(tǒng)冷卻劑。

31、能源效率-能耗低熱效高

地球幾乎儲存從太陽接收能量的一半，起碼高于人類每年需要能量的500倍。通過開發(fā)這個巨大的能源儲存能力，地?zé)峒訜岜脼榻ㄖ锕嶂评?，并提供熱水。利用有不影響環(huán)境流體的地下管道，地?zé)峒訜岜迷诙鞂碜暂^熱地的熱量傳誦到建筑物，夏天將建筑物里的熱量散發(fā)到較涼的地里。

32、能源效率-未來的建筑

1974年阿拉伯石油對美國禁運，美國加油站排起長隊，能源價格節(jié)節(jié)盤升后，ORNL應(yīng)邀作為聯(lián)邦政府節(jié)能研究的計劃管理者。由Roger Carlsmith領(lǐng)導(dǎo)的ORNL住戶節(jié)能計劃致力于減少家庭使用油、氣和電(20%由燃油廠提供)的問題。因為取暖和制冷占美國平均家庭用的能量的50-70%，所以通過加絕緣切斷經(jīng)過墻壁不需要的熱流，就可以大量降低能源消耗和支付的費用。ORNL的研究人員研究改進(jìn)絕緣的方法，并計算家里和公司加了絕緣后所節(jié)省的能量。

33、化學(xué)和質(zhì)譜測定法取得成功

ORNL的化學(xué)家們率先發(fā)明了在其石墨反應(yīng)堆會上將钚從來自廢鈾燃料的其他裂變產(chǎn)物中分離出來，從而取得了該實驗室為結(jié)束第二次世界大戰(zhàn)而承擔(dān)的任務(wù)。

34、核物理和天文物理-從原子到爆炸的星球

ORNL的核物理研究始于四十年代晚期，主要是因為核飛機工程需要有關(guān)反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子的行為和對屏蔽材料效應(yīng)的信息。1948年，Arthur Snell利用一臺改進(jìn)的3MV的靜電加速器開始了研究。這臺3MV的靜電加速器是一臺高壓直流加速器，通過用質(zhì)子轟擊鋰產(chǎn)生中子束流。1951年，安裝了世界上同類加速器中能量最高的一臺5MV的靜電加速器。

35、高性能計算-沖擊極限

50年來，ORNL在推進(jìn)計算方面一直是領(lǐng)先者。1954年，Alston Householder領(lǐng)導(dǎo)的一個ORNL小組與阿貢國家實驗室合作建了一臺計算機，與世界上其他計算機相比，其速度最快，數(shù)據(jù)存儲能力最大。被稱為橡樹嶺自動計算機和邏輯發(fā)動機的這臺機器，幫助科學(xué)家們解決了核物理、輻射效應(yīng)和研制厄運核飛機工程的屏蔽方面解決了許多問題。

36、軟件模擬-科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模型

ORNL在世界范圍內(nèi)對用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的軟件和算法具有重大影響。八十年代晚期，ORNL開發(fā)出并行虛擬機(PVM)軟件。該軟件的用戶在九十年代中期超過40萬，在世界范圍內(nèi)事實上成為將計算機組合成虛擬超級計算機的標(biāo)準(zhǔn)。

37、地理信息系統(tǒng)-跟蹤地球

1969年ORNL開創(chuàng)了地理信息科學(xué)，10多年以后商業(yè)地理信息系統(tǒng)(GIS)工業(yè)發(fā)展起來。GIS是一個計算機系統(tǒng)，它可以收集、存儲、控制和顯示地理信息，包括由衛(wèi)星和飛機搜集的圖像。ORNL曾利用GIS將涉及局部到全球范圍問題的幾個多學(xué)科研究計劃結(jié)合在一起。

38、運輸后勤-找到捷徑

為可能采取的軍事行動，將部隊和所需要的裝備從美國基地運到國外基地，最快的路途是什么?由于ORNL和田納西大學(xué)研究人員為美國空軍開發(fā)的特殊軟件，美國部隊和裝備可比以前更快地被空運到潛在的戰(zhàn)區(qū)。

39、生物量能量-一個木材的新世界

由于ORNL管理了20年的一項能源部計劃，工業(yè)有了更有效的用于造紙、建材和家具的紙漿和木材來源。能源部生物能的供料開發(fā)計劃的原來目的，是開發(fā)可轉(zhuǎn)化為燃料在農(nóng)場生長的可持續(xù)性的農(nóng)作物。然而，由于ORNL與美國農(nóng)業(yè)森林服務(wù)部門、農(nóng)業(yè)研究站、多所大學(xué)和幾家林木產(chǎn)品公司的合作，選擇和開發(fā)了幾種快速生長的樹木和草，它們可用于木制產(chǎn)品和能源。白楊和柳枝稷作為典型的農(nóng)作物出現(xiàn)。

40、聚變能源-尋找最后的能源來源

長期以來，從俄羅斯和日本到歐洲和美國的科學(xué)家們都在謀求開發(fā)聚變能作為豐富、安全和環(huán)境上友好的電力來源。為達(dá)到這一雄心勃勃的目標(biāo)，他們必須克服科學(xué)和工程學(xué)科范圍內(nèi)的問題。ORNL在國際聚變界以實際上在聚變科學(xué)和工程的每個學(xué)科中做出強大貢獻(xiàn)，并在開發(fā)聚變能方面具有保持中心作用技術(shù)的實驗室和聞名。

41、技術(shù)轉(zhuǎn)讓-從工作臺到市場

四十多年來，ORNL開發(fā)的許多技術(shù)被轉(zhuǎn)化為構(gòu)成作為創(chuàng)建新公司基礎(chǔ)的實用產(chǎn)品和服務(wù)項目。作為實驗室的一部分，ORNL的技術(shù)轉(zhuǎn)讓計劃及其帶來的經(jīng)濟增長是基礎(chǔ)科學(xué)研究的"下游的"副產(chǎn)品。的確，自2000年4月30日以來，利用ORNL轉(zhuǎn)讓技術(shù)的30家新公司，包括橡樹嶺地區(qū)的許多公司成立。

42、科學(xué)教育-打下基礎(chǔ)

自從成立以來，ORNL就為教育培訓(xùn)和研究機會提供了資源。1946年初Eugene Wigner成為ORNL負(fù)責(zé)研究的所長后，他建立了橡樹嶺反應(yīng)堆技術(shù)學(xué)校。該校成為幾所大學(xué)核工程課程的典范，是ORNL對核能的最大貢獻(xiàn)。該校的畢業(yè)生中有的成為核工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人，包括Hyman G. Rickover船長，他來到ORNL了解美國海軍是否可利用核能。

43、廢料管理-結(jié)束核周期

石墨反應(yīng)堆變成臨界六十年后，今天，ORNL通過發(fā)現(xiàn)隔離核廢料的安全方法，正幫助結(jié)束核的周期。最重要的工作可能關(guān)系到地質(zhì)上處理用過燃料和高放射性核廢料儲存地的選址，它是導(dǎo)致國會批準(zhǔn)絲蘭山(內(nèi)華達(dá)州)作為可能處理場地努力的一部分。努力的過程開始于1955年美國國家科學(xué)院召開的專門制定美國永久處理反應(yīng)堆廢料計劃的一次會議。與會的65名科學(xué)家中，有ORNL的科學(xué)家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。與會者推薦采用層狀鹽作為高放射性廢料處理的最佳方法，盡管存在其他的選項。

44、政府政策-幫助美國的科學(xué)發(fā)展

ORNL的研究已經(jīng)為聯(lián)邦政府的科技政策決策者們提供了重要信息，造成爭論，有時成為各種法律、條例和其他政策的措辭。例如，自六十年代以來，ORNL的研究導(dǎo)致制定了幾個規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)了核電廠運行的安全。

45、ORNL的未來-下一代大科學(xué)園區(qū)

1943年，6000多名工人開始建造大約150棟建筑物，后來它們構(gòu)成ORNL。該實驗室的全體工作人員正在重建這一實驗室。除14億美元的散裂中子源SNS外，3億美元的現(xiàn)代化計劃將會使它能夠吸引下一代世界水平的科學(xué)家到ORNL工作。私人資助的設(shè)施:建在能源部立契轉(zhuǎn)讓的土地上，30萬平方英尺的設(shè)施里建有最先進(jìn)的能源和計算科學(xué)實驗。