設立背景

實(shí)驗室鳥(niǎo)瞰圖

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

歷史沿革

實(shí)驗室入口標志

到21世紀初，該實(shí)驗室用和平時(shí)期同樣重要但與曼哈頓計劃時(shí)期不同的任務(wù)支持著(zhù)美國。

科研實(shí)力

ORNL擁有眾多的重要科學(xué)研究設施，向更高層次發(fā)展，建設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，負責由6個(gè)美國實(shí)驗室共同合作建設的美國最大的民用科學(xué)研究項目——價(jià)值14億美元的散裂中子源，設有多個(gè)核科學(xué)實(shí)驗室如高通量同位素反應推等，逐漸發(fā)展成為

大型綜合性研究基地

ORNL現有雇員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(cháng)的時(shí)間，其中約有25%的客座人員來(lái)自工業(yè)部門(mén)。每年接待參觀(guān)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(guò)16.5億美元，其中80%來(lái)自能源部，20%來(lái)自聯(lián)邦政府和私營(yíng)部門(mén)的客戶(hù)。其2003財政年度的經(jīng)費首次超過(guò)10億美元。田納西大學(xué)-Battelle紀念研究所已經(jīng)提供數百萬(wàn)美元，用于支持大橡樹(shù)嶺地區的數學(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)研究提供現代化的場(chǎng)所。經(jīng)費由聯(lián)邦政府、州政府和私營(yíng)部門(mén)提供，用于建造11個(gè)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(shí)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。

研究領(lǐng)域

ITER示意圖

隨著(zhù)現代設施的建設使前沿研究成為可能，ORNL正在對未來(lái)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、能源科學(xué)、納米技術(shù)、國家安全、中子科學(xué)、研究設施和其他有關(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(dòng)，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)、復雜生物系統、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

3、能源

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·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(shí)驗堆項目

4、先進(jìn)材料

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·結構材料缺陷物理中心

·納米材料科學(xué)中心

·高溫材料實(shí)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組

·納米應用中心

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超導線(xiàn)

ORNL通過(guò)絕緣納米點(diǎn)的三維自組裝研制出高溫超導線(xiàn)。分布在厚膜超導第二代線(xiàn)的整個(gè)厚度上的納米點(diǎn)陣列作為有效磁通釘扎中心，滿(mǎn)足了最實(shí)際的功率應用的要求。2006年，該項成就作為“最佳之最佳”被《納米技術(shù)摘要》專(zhuān)業(yè)雜志授予國際納米技術(shù)50強獎。2008年，該實(shí)驗室的Amit Goyal博士因開(kāi)發(fā)區出此項技術(shù)獲得發(fā)明者獎。

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診斷

ORNL正在開(kāi)發(fā)和實(shí)施直接操縱轉錄過(guò)程的納米結構器件-憑借轉錄過(guò)程，細胞內的基因可通過(guò)電子控制被誘導或壓抑。該方法是利用細胞滲透納米電極作為細胞界面的納米功能，使拴系的遺傳物質(zhì)可被引入到一個(gè)細胞和通過(guò)多尺度設備平臺應用的外部刺激進(jìn)行監管。該研究平臺是一個(gè)包括了解在一個(gè)單細胞內單個(gè)基因功能廣泛應用的有力工具。

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納米發(fā)酵

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，取得了大規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(shí)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)設備和簡(jiǎn)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(guò)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微，控制良好并具有很強的結晶產(chǎn)品。

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納米強化合金

ORNL的革命性的快速紅外線(xiàn)加熱過(guò)程控制在納米級晶粒細化到生產(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(huì )一起使這個(gè)研發(fā)100大獎獲獎技術(shù)實(shí)現商業(yè)化。

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超疏水材料

ORNL開(kāi)發(fā)了具有通過(guò)減少摩擦和減少腐蝕，以減少能量損耗潛力的超疏水（防水）納米結構材料。ORNL正致力于將超疏水氧化物為基礎的粉末商業(yè)化。這種粉末具有精確重復和每個(gè)粒子表面有高度統一尺寸的納米特性。

這些功能都涂有一個(gè)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能應用、新型傳感器和生物醫學(xué)的應用。ORNL目前正在努力提高粉末的質(zhì)量和開(kāi)發(fā)粘結劑系統。

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實(shí)時(shí)表征

ORNL開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，利用商用微分遷移率分析儀實(shí)時(shí)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。該系統在Luna nanoWorks公司的等離子體電弧反應器上進(jìn)行了試驗。

·納米尺度科學(xué)和設備組

納米尺度科學(xué)和設備組是ORNL生物科學(xué)部的一部分。其研究領(lǐng)域包括：吸收引起的應力、納米電子機械系統和微電子機械系統傳感器、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(guò)開(kāi)展這些領(lǐng)域的研究，建立一個(gè)許多傳統上單獨的科學(xué)領(lǐng)域令人興奮的融合基礎，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(xiàn)被跨越。所取得的技術(shù)進(jìn)展有可能造福人類(lèi)，從對癌癥的改進(jìn)檢查和治療，地雷的探測，人工恢復視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)受損的視力和聽(tīng)力，到保護平民和部隊防止常規武器以及核武器和生化武器的襲擊。

·生物和納米尺度組

橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室

8、其他研究領(lǐng)域

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

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化學(xué)科學(xué)領(lǐng)域

ORNL采用實(shí)驗、理論和計算的方法開(kāi)展化學(xué)的基礎和應用研究，包括：化學(xué)生物科學(xué)、流體界面反應、結構和運輸、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。

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核物理領(lǐng)域

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

大事記

1939年發(fā)現核裂變

1942年橡樹(shù)嶺被選為二戰曼哈頓計劃的場(chǎng)地

1943年世界上第一臺連續運轉造價(jià)1200萬(wàn)美元的石墨反應堆經(jīng)過(guò)9個(gè)月的建造達到臨界

1944年石墨反應堆生產(chǎn)出钚，為生產(chǎn)結束二戰的原子彈所需钚的Hanford反應堆做好準備

1945年在石墨反應堆上發(fā)現元素61（钷）；在反應堆上首次開(kāi)展中子散射研究（實(shí)驗者為Ernie Wollan和Cliff Shull; 后者因在石墨反應堆上所做的開(kāi)拓性工作榮獲1994年諾貝爾物理獎）

1946年首次將反應堆生產(chǎn)的放射性同位素送到癌癥醫院；提出壓水反應堆的設想 (后用于核電和潛水推力)；設計出放射探測器和劑量?jì)x

1947年老鼠用來(lái)研究輻射對哺乳動(dòng)物的遺傳影響；原子委員會(huì )成立

1948年設計用于研究反應堆的燃料成分；材料實(shí)驗反應堆在ORNL設計，建在愛(ài)達荷州

1949年在ORNL開(kāi)發(fā)出普雷克斯過(guò)程，后來(lái)在世界范圍內成為從用過(guò)的反應堆燃料中回收鈾和钚的方法

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

1951年整體屏蔽反應堆開(kāi)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；均勻反應堆實(shí)驗首次運行

1953年在ORNL安裝當時(shí)世界上功率最大的橡樹(shù)嶺自動(dòng)計算機和邏輯機；ORNL為軍隊在遙遠場(chǎng)地使用所設計的可移動(dòng)反應堆

1954年ORNL生態(tài)計劃開(kāi)始；測試ORNL實(shí)驗飛機反應堆；塔式屏蔽設施首次運行，為倒運的核飛機計劃提供數據和利用兩種不同反應物對撞分子束流首次詳細研究化學(xué)反應

1955年在聯(lián)合國和平利用原子大會(huì )上ORNL小的“游泳池”式反應堆展示給艾森豪威爾總統；Alvin Weinberg 被任命為ORNL所長(cháng)，在此職位歷時(shí)18年

1956年?核糖核酸（RNA）被發(fā)現；展示首例骨髓移植。國家科學(xué)院委員會(huì )根據ORNL老鼠數據就輻射對人類(lèi)遺傳效應進(jìn)行預測

1957年在ORNL領(lǐng)導的影響下，對可允許的醫用輻射水平和工作地點(diǎn)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(shù)嶺研究反應堆開(kāi)始運行；美國首次尋找高水平核廢料儲存地的努力由ORNL開(kāi)始

1959年發(fā)現老鼠的雄性取決于Y染色體的存在；ORNL研究人員對用于美國第一臺核動(dòng)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(gè)人輻射監視器的袖珍嘯聲器；測量化學(xué)制品對老鼠的遺傳影響的實(shí)驗計劃啟動(dòng)

1961年開(kāi)始開(kāi)發(fā)放射性同位素加熱源，為空間衛星提供動(dòng)力；在ORNL反應堆上開(kāi)發(fā)出嬗變攙雜法；后用于制造電子學(xué)部件

1962年開(kāi)展輻射防護物理研究；研究反應堆竣工；借助計算機模擬發(fā)現離子溝道效應；軍民研究計劃啟動(dòng)；木實(shí)驗臺用放射性同位素銫-137作標記；分析表明核武器實(shí)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(shù)嶺等時(shí)性回旋加速器首次運行

1964年成為第一個(gè)雇傭社會(huì )科學(xué)家（開(kāi)始時(shí)進(jìn)行軍民研究）的國家實(shí)驗室；在聯(lián)合國大會(huì )上介紹ORNL核脫鹽概念

1965年高通亮同位素反應堆(HFIR)和熔鹽反應堆運行(MSR)

1966年石墨反應堆被命名為國家歷史性里程碑；開(kāi)發(fā)出評價(jià)核臨界安全的KENO蒙特卡洛代碼

1967年Walker Branch Watershed研究設施對生態(tài)系統研究開(kāi)放；ORNL被選為領(lǐng)導國際生物計劃下美國的生態(tài)系統研究；在ORNL高速離心機中分離出病毒；開(kāi)發(fā)出評估輻射屏蔽保護能力的模擬代碼

1968年使用鈾233，第二個(gè)熔鹽反應堆運行（這是第一臺使用這種燃料的反應堆）；發(fā)明醫療診斷用的快速離心分析儀；用ORNL開(kāi)發(fā)的區域離心機產(chǎn)生出超純疫苗；設計出能更好抗中子誘導膨脹的不銹鋼合金

1969年利用新的橡樹(shù)嶺電子直線(xiàn)加速器首次進(jìn)行了中子截面測量；ORNL成為與遙感結合在一起的地理信息系統的領(lǐng)導者；設計出Apollo 11月亮巖石收集器

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

1971年水生態(tài)實(shí)驗室成立；獲得環(huán)境影響說(shuō)明所需的魚(yú)最喜歡水溫的數據；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(dòng)；老鼠胚胎冷凍、解凍和移植到母性老鼠中，生出健康的幼鼠；在生物反應堆中，發(fā)現花園土壤的細菌去掉來(lái)自工業(yè)廢水的硝酸鹽和稀有金屬；發(fā)現四極磁鐵大共振；廣泛研究出現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(yú)標記，用來(lái)測量和傳送魚(yú)最喜歡的水溫

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

1975年開(kāi)發(fā)出生態(tài)系統的計算機模型，使ORNL成為系統生態(tài)學(xué)方面的領(lǐng)先者；開(kāi)發(fā)出將核燃料密封在空間探測器用的結實(shí)銥合金

1976年試驗性的ANFLOW生物反應堆安裝在橡樹(shù)嶺市污水處理廠(chǎng)；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的計劃啟動(dòng)

1978年吉米.卡特總統訪(fǎng)問(wèn)ORNL；開(kāi)發(fā)出為裂變能源研究設備添加燃料的芯塊注入法，在世界范圍內被廣泛采用

1979年ORNL的中性注入器幫助普林斯頓等離子體物理實(shí)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(huì )確定三里島核電廠(chǎng)事故的起因和后果；發(fā)現乙亞硝基脲是誘發(fā)老鼠變異最有效的化學(xué)制品；在研究老鼠中，發(fā)現食品防腐劑中的亞硝酸鹽與食品和藥物胺發(fā)生反應，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(hù)裝置對外開(kāi)放;國家小角度散射研究中心開(kāi)放后，HHIRF成為用戶(hù)設施；國家環(huán)境研究園(12400英畝) 開(kāi)放；發(fā)現新的離子注入技術(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(cháng)的人造關(guān)節；建立計算機模型，預測電站對哈得孫河魚(yú)的影響；ORNL研究人員啟動(dòng)遙控技術(shù)研究，成為世界上制造承擔危險任務(wù)機器人的領(lǐng)先者

1981年開(kāi)發(fā)出晶須韌化、抗斷裂陶瓷，用于工廠(chǎng)的切削工具

1982年為提高冷凍機和加熱泵的效率，制定了標準，擬訂了設計；制定了絕緣標準，后被聯(lián)邦政府部門(mén)采用；開(kāi)發(fā)出改進(jìn)的鎳鋁化物合金，用于鋼材和汽車(chē)部件的商業(yè)化生產(chǎn)；在大線(xiàn)圈測試設備上由聚變能研究人員對超導磁鐵成功地進(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據存儲中心

1984年利用菠菜和藻類(lèi)中的光和作用，開(kāi)始進(jìn)行從水產(chǎn)生含有巨大能量氫的實(shí)驗

1985年開(kāi)發(fā)出用碘123示蹤的脂肪酸，用于醫療掃描診斷心臟??；田那西大學(xué)和橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室建立科學(xué)聯(lián)盟；開(kāi)發(fā)出膠鑄，現商業(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(shí)發(fā)生和為什么釋放出那么多的放射

1987年高溫材料實(shí)驗室作為用戶(hù)裝置對謀求制造能效高發(fā)動(dòng)機的工業(yè)界研究人員開(kāi)放；激光器用來(lái)制造高溫超導材料；鑒于能源部對實(shí)驗室反應堆安全管理的擔憂(yōu)，ORNL所有反應堆關(guān)閉

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

1989年為核控制委員會(huì )重新頒發(fā)核電廠(chǎng)運行許可證，提供了“一般環(huán)境影響報告”第一草案

1990年ORNL的酸雨研究導致控制工業(yè)上的硫和氧化氮的排放；原子序數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場(chǎng)部署兵力和裝備；確認中子內存在夸克

1991年在HHFIR上進(jìn)行的中子活化分析否定了美國一位總統死于砷中毒的說(shuō)法；寫(xiě)出軟件，通過(guò)將到處分散的PC機連起來(lái)的辦法解決問(wèn)題

1992年喬治.布什總統參觀(guān)ORNL；發(fā)明錸188同位素產(chǎn)生器，在世界范圍內治療癌癥和心臟病患者；發(fā)明薄膜微型鋰電池；發(fā)現和克隆老鼠刺豚鼠基因；發(fā)現變異基因引起肥胖癥、糖尿病和癌癥；開(kāi)發(fā)出圖形輸入語(yǔ)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(dòng)手術(shù)就能發(fā)現食道中的癌癥腫瘤；UT-ORNL名列前500臺超級計算機

1994年發(fā)明“芯片實(shí)驗室”，現商業(yè)上用于蛋白質(zhì)分析和毒品發(fā)現實(shí)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(kāi)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(lái)氣候模型準備了代碼

1995年啟動(dòng)當時(shí)世界上最快的超級計算機Intel Paragon XP/S 150；發(fā)明了制造高溫超導線(xiàn)的RABiTSTM方法；開(kāi)發(fā)出超級計算機數據存儲和檢索超高速系統；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(cháng)；為海軍開(kāi)發(fā)出探測過(guò)往潛水艇的信號分析系統

1996年修改了大眾冷凍機模型，將能耗降低一半；發(fā)現石墨泡沫導熱異乎尋常的好；設計出心跳探測器，發(fā)現藏在車(chē)內的恐怖分子和罪犯；可查找的電子簿式視窗幫助合作者通過(guò)國際網(wǎng)絡(luò )運行實(shí)驗

1997年開(kāi)發(fā)出檢驗俄羅斯武器等級的鈾轉換為反應堆等級燃料的設備；初步設計質(zhì)譜儀，幫助海軍發(fā)現生化威脅；第一次被批準公布在遺傳上設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(wèn)題；世界上最大的集水區實(shí)驗說(shuō)明干旱和大雨對森林的影響；首次被批準公布經(jīng)過(guò)遺傳工程處理得到的微生物

1998年發(fā)明MicroCAT掃描儀；繪制出變異老鼠內部變化圖；戶(hù)外FACE實(shí)驗表明膠皮糖香樹(shù)在濃化CO2大氣中長(cháng)得更快；ORNL的技術(shù)幫助半導體公司發(fā)現引起計算機芯片中缺陷的問(wèn)題

1999年副總統戈爾在散裂中子源破土動(dòng)工儀式上講話(huà)；發(fā)明迅速探測人體疾病的多功能生物芯片；開(kāi)展合金研究導致造紙廠(chǎng)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(cháng)；兩臺新的超級計算機投入運行；ORNL在國際蛋白質(zhì)結構預測競爭中，位于前100名的第四名；田那西大學(xué)-橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室開(kāi)放國家運輸研究中心；開(kāi)發(fā)出節能加熱泵水加熱器；ORNL幫助將3個(gè)人類(lèi)染色體排序；聚變能理論學(xué)家開(kāi)始設計準-磁場(chǎng)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；為半導體公司設計出檢查三維缺陷直接到數字的全息照相術(shù)；GRAIL用于《科學(xué)》和《自然》關(guān)于人類(lèi)基因組排序方面具有里程碑性的論文；能源部部長(cháng) Spencer Abraham訪(fǎng)問(wèn)ORNL，將DOE的土地轉給ORNL用于新的建設；與工業(yè)伙伴開(kāi)發(fā)出超導變壓器和高溫超導電纜

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

2003年8月1日起，Jeff Wadsworth擔任橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室所長(cháng)

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

實(shí)驗設施

橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室有近20個(gè)復雜的實(shí)驗設施和裝置。這些設施和裝置不僅為本實(shí)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(shí)驗室以及國外研究機構的研究人員開(kāi)放。同時(shí)，通過(guò)將不必要的重復勞動(dòng)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備，推動(dòng)國家的研究與開(kāi)發(fā)，并完成能源部的任務(wù)。

回旋加速器

由勞倫斯伯克力國家實(shí)驗室(LBNL)負責設計和建造SNS的前端系統，包括一個(gè)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。離子源產(chǎn)生負氫離子－帶一個(gè)額外的附加電子的氫一形成一個(gè)脈沖束流，并被加速到2.5 MeV。這一束流被傳送到一個(gè)大的線(xiàn)性加速器。

生物處理研究設施系指采用攪拌罐、桶狀反應堆和用于大規模批量和桶型實(shí)驗的發(fā)酵實(shí)驗生產(chǎn)裝置，研究先進(jìn)生物處理方案的實(shí)驗室組合體。研究與開(kāi)發(fā)活動(dòng)包括（但不局限于）飼料養分的預處理和分離、微生物培育分類(lèi)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

用于中子科學(xué)的锎用戶(hù)裝置

主要成就

1、核動(dòng)力與研究反應堆—從曼哈頓工程到電的產(chǎn)生

20世紀四十年代誕生了許多動(dòng)力反應堆概念，有些發(fā)展被認為仍然有效的技術(shù)。因為認為鈾非常稀少，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堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用鈉冷卻增殖反應堆的第一個(gè)設計。

2、反應堆化學(xué)—钷的發(fā)現

Charles Coryell

1945年，在Charles Coryell的領(lǐng)導下，工作在石墨反應堆上的化學(xué)家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他們通過(guò)鈾的裂變和用用來(lái)自反應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(shí)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(gè)同位素。

Marinsky和Glendenin在1947年的美國化學(xué)學(xué)會(huì )會(huì )議上宣布了他們在化學(xué)上證明元素61的存在。1948年，他們在麻省理工學(xué)院工作時(shí)建議將元素61“钷”命名為普羅米修斯（希臘神話(huà)中的巨人，相傳因盜取天火給人類(lèi)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(lái)自Coryell的妻子Grace Mary。1949年這一名稱(chēng)被國際化學(xué)化學(xué)聯(lián)合會(huì )所接受。

钷是在地球地殼中沒(méi)有發(fā)現發(fā)射β的放射性金屬，在仙女座中一個(gè)星的光譜里看到了它。钷147用于導彈中的儀器核動(dòng)力電池。

3、核同位素

二次大戰期間，橡樹(shù)嶺Y-12廠(chǎng)被用來(lái)電磁分離兩個(gè)鈾同位素，產(chǎn)生曼哈頓工程用的武器等級的材料。大戰結束后，除了一個(gè)電磁型同位素分離器大廳外，其他所有的大廳均轉為它用。剩余的設施轉給ORNL，生產(chǎn)許多用于和平目的的同位素。

4、核醫學(xué)—疾病的診斷和治療

將ORNL產(chǎn)生的放射性同位素轉變?yōu)榭苫謴腿梭w健康的試劑是ORNL核醫學(xué)研究人員長(cháng)期以來(lái)的奮斗目標。20世紀七十年代中葉以來(lái)，在Russ Knapp的領(lǐng)導下，他們開(kāi)發(fā)出用于醫學(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(guò)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(wú)數的心臟病患者。ORNL試劑是用放射性碘做標記的脂肪酸，可用來(lái)探測心臟病發(fā)作后心肌有多少還活著(zhù)，預測搭橋手術(shù)或氣球狀的血管成型術(shù)是否會(huì )恢復所有血液流通。

5、核燃料—開(kāi)發(fā)新工藝

第二次世界大戰期間，橡樹(shù)嶺的石墨反應堆是作為一個(gè)試驗工廠(chǎng)為展示钚的產(chǎn)生而運行的。ORNL的研究人員開(kāi)發(fā)出從用過(guò)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(guò)的燃料中提取钚，設計和應用工藝。

6、核燃料—核工業(yè)的新設計

上個(gè)世紀四十年代末，由Eugene Wigner領(lǐng)導的ORNL小組設計了水冷卻釋熱元件，確保材料試驗反應堆產(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(lái)反應堆。該組設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(gè)方向彎曲，防止水冷卻液流量的壓縮，這決定著(zhù)中子的流強。這個(gè)設計是美國研究反應堆和潛水艇堆芯的模型。

7、核燃料—國際軟件

SCALE是一個(gè)易于使用用來(lái)確定核裝置的設計和傳輸或存儲數據包是否符合核安全標準的計算機軟件系統。ORNL開(kāi)發(fā)的系統在世界范圍里被用來(lái)回答核安全問(wèn)題。例如：裝有用完的核燃料的儲存罐足以屏蔽，防止雇員達到有害輻射水平嗎？罐的設計，在平板卡車(chē)或火車(chē)車(chē)廂里罐的擺放，會(huì )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

ORNL在無(wú)數方面對核安全起作用。它培養了900多位反應堆設計和安全操作方面的工程師。實(shí)驗室出版了核安全雜志已有30多年。60年代以來(lái)，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式反應的潛在后果。ORNL的研究人員提供幾個(gè)臨界安全標準和管理批準這個(gè)指導原則的國際小組。

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(gè)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

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

為減少美國和俄羅斯反應堆產(chǎn)生的多余的武器級的钚，ORNL管理多處為輕水反應堆生產(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(kāi)發(fā)生產(chǎn)俄羅斯反應堆所用混合氧化物燃料需要的技術(shù)。

通過(guò)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(shù)嶺石墨反應堆上采用中子散射開(kāi)展材料研究的Clifford Shull分享了諾貝爾物理獎。Shull和他的導師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構和動(dòng)力學(xué)，開(kāi)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(pán)和CD盤(pán)。1945后期，用X射線(xiàn)散射研究固體和氣體的Wollan考慮用石墨反應堆的中子研究散射。他通過(guò)讓反應堆中子經(jīng)過(guò)晶體產(chǎn)生了一個(gè)單波長(cháng)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)的結構。

12、半導體—打造數字的未來(lái)

過(guò)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(kāi)展晶體材料中輻射損傷理論研究的同時(shí)，進(jìn)行揭示離子溝道影響與固體中長(cháng)排的原子平行的原子的長(cháng)距離運動(dòng)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(shí)驗能夠了解溝道現象，幫助工業(yè)界生產(chǎn)具有正確特性的植入離子的半導體材料。

13、半導體—傳輸電力

由于有了高溫超導線(xiàn)和電纜，未來(lái)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)現的現象所開(kāi)發(fā)的高溫超導線(xiàn)的電阻比銅線(xiàn)的電阻小得多。與相當的技術(shù)比較，使用這樣的線(xiàn)的設備占用空間較小，運行費用較低，耗能較少。美國電網(wǎng)中超導電纜導電是同樣大小尺寸銅線(xiàn)的5倍。因為高溫超導電纜以熱量形式損失很少的能量，所以電傳輸的損耗減少一半，從8%降低到4%。

14、離子植入材料—實(shí)在的人造關(guān)節

在ORNL，通過(guò)純理論手段出色地發(fā)現離子溝道，最后導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)邦政府資助或批準的設施在建造前，必須認真檢查工程的效果。在環(huán)境影響說(shuō)明中，必須權衡它們的造價(jià)和效益。自1971年以來(lái)，為核電廠(chǎng)曾準備過(guò)這樣的環(huán)境影響說(shuō)明。ORNL和其他三個(gè)國家實(shí)驗室的研究人員涉及一個(gè)應急計劃，為90個(gè)運行核電廠(chǎng)和那些建設中的核電廠(chǎng)或正在設計中的核電廠(chǎng)起草環(huán)境影響說(shuō)明。七十年代，ORNL還涉及決定是否為提出的電廠(chǎng)建造冷卻塔，以保護哈德遜河的有條紋鱸魚(yú)。ORNL的工程師們開(kāi)發(fā)出的一種電子標記，它通過(guò)手術(shù)植入雨中。該標記發(fā)射出超聲波信號，用于觀(guān)測三文魚(yú)靠近水電大壩時(shí)的變化—這一信息有助于魚(yú)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(lái)自工業(yè)設施的放射性和有害物質(zhì)對構成生態(tài)系統的動(dòng)植物有什么影響？生態(tài)系統與地球大氣如何發(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(lái)的其他問(wèn)題，開(kāi)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(guò)太陽(yáng)系旅程25周年—可能是人類(lèi)探索宇宙最偉大的功績(jì)。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)和衛星的照片。旅行者2號距太陽(yáng)足足超過(guò)60億英里遠，上面載有ORNL制造的材料。

18、

和碳產(chǎn)品—從導彈到納斯卡（

）

石墨反應堆的名稱(chēng)承認石墨需要有的特性。這種形式的結晶碳被選為橡樹(shù)嶺的第一臺反應堆和Hanford钚產(chǎn)生反應堆的減速器。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(shí)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(gè)開(kāi)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(xiāo)售。這個(gè)鎳-鉬-銅-鐵合金是由Hank Inouye和其他人開(kāi)發(fā)的，含有ORNL開(kāi)發(fā)的熔鹽反應堆使用的燃料。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、

和

許多發(fā)明在10到15年里從實(shí)驗室到工廠(chǎng)都不會(huì )取得成功，但ORNL的一種陶瓷發(fā)現后3年成為商業(yè)產(chǎn)品。這個(gè)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(guān)硅炭化物SiC晶須的復合材料。

21、生物技術(shù)—用細菌清除

ORNL生物技術(shù)一個(gè)早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示：花園土壤中的細菌能夠去掉工業(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(chǎng)建了一座試驗生物反應堆處理硝酸鹽廢物。橡樹(shù)嶺Y-12國家安全整套裝置為處理硝酸廢物的一座工廠(chǎng)采用了Francis的設計。在這些場(chǎng)地利用重組體和自然細菌處理地下廢物的生物治療在繼續進(jìn)行。

在1997年進(jìn)行的lysimeter實(shí)驗中，ORNL采用了基因工程微生物來(lái)探測土壤污染物；美國政府部門(mén)首次批準它在能源部的一個(gè)場(chǎng)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菌死亡，神秘的是除非它們生長(cháng)在有其他細菌的情況下。最終的解釋是含有來(lái)自那些其他細菌薄膜部分的酶，它把氧從介質(zhì)中去掉，使得受損傷的大腸桿菌得以復原。

Adler和Jim Copeland開(kāi)發(fā)出一項提取和冷藏這些薄膜碎片，和利用它們去掉來(lái)自支持厭氧微生物（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)現由厭氧微生物和生產(chǎn)像丁醇之類(lèi)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，繼續向北美、南美、亞洲和歐洲的醫院病理學(xué)和研究實(shí)驗室銷(xiāo)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(shí)驗室與應用碳-化學(xué)制品公司（Applied Carbo-Chemicals）一起開(kāi)發(fā)了一種發(fā)酵工藝。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反應堆中開(kāi)發(fā)了這一發(fā)酵工藝。應用碳-化學(xué)制品公司展示了這一很快商品化的發(fā)酵10萬(wàn)公升的工藝流程。

22、光合作用—發(fā)現光

發(fā)現光對研究綠色植物細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—生命工廠(chǎng)一瞥

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

這些研究是出于關(guān)心反應堆、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)方面的世界權威Alexander Hollaender1946年來(lái)到橡樹(shù)嶺，率領(lǐng)ORNL的研究人員開(kāi)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(shí)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、

—發(fā)現基因，預言蛋白質(zhì)結構

ORNL的計算生物學(xué)研究人員在人類(lèi)基因組工程中起著(zhù)重要作用。2001年，《科學(xué)》和《自然》雜志特刊刊登了人類(lèi)基因組草圖，這兩個(gè)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(kāi)發(fā)的GRAIL發(fā)現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(kāi)發(fā)了蛋白質(zhì)結構預言和評估計算機工具盒（PROSPECT），即預言來(lái)自氨基酸序列的蛋白質(zhì)三維結構的計算工具。了解這些特定的蛋白質(zhì)三維結構對疾病的研究和發(fā)現藥物至關(guān)重要。PROSPECT可在幾小時(shí)而不是傳統實(shí)驗需要的數月就可確定蛋白質(zhì)的幾何結構。它是世界上最佳的預言蛋白質(zhì)結構的工具之一。

25、生物醫學(xué)技術(shù)—檢查和預防疾病

在過(guò)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(lái)診斷或預防人類(lèi)疾病和小毛病。

1950年，由物理學(xué)家P. R. Bell領(lǐng)導的ORNL的一個(gè)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和強度。多路分析儀用電子學(xué)裝置將這些閃爍記錄下來(lái)，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(kāi)刀來(lái)檢查癌。ORNL開(kāi)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學(xué)中心，用來(lái)查出惡性腫瘤的位置，以便進(jìn)行治療，延長(cháng)患者的生命。

1961年，利用美國原子能委員會(huì )和美國國家衛生院提供的經(jīng)費，由Norman Anderson領(lǐng)導的ORNL的一個(gè)組發(fā)現用于生產(chǎn)核反應堆燃料濃縮鈾離心技術(shù)的醫學(xué)應用。研究人員證明，根據大小和密度將物質(zhì)分離成為分子組成部分的快速自旋分離機，通過(guò)去掉可造成免疫病人副作用的外來(lái)蛋白質(zhì)，能夠純化疫苗。到1967年，以ORNL發(fā)明為基礎的商用帶狀離心機為無(wú)數人生產(chǎn)了更為安全的疫苗。

在A(yíng)nderson的引導下，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，用于全美國的醫療診所。這些分析儀在幾分鐘內就能檢驗出血、尿和體內其他流體的成分，為醫療診斷記錄下數據。

這些機器中，最著(zhù)名的是ORNL的GeMSAEC，它由國家衛生院的普通醫學(xué)科學(xué)處和原子能委員會(huì )共同資助。利用一個(gè)旋轉15個(gè)透明管通過(guò)光束的轉子，GeMSAEC將結果顯示在示波器上，將數據送入計算機，在以前一次分析所用的時(shí)間里完成15的醫學(xué)分析。以這一發(fā)明為基礎的醫學(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)明了可提血液轉子（blood rotor），它采用了最新的技術(shù)，根據GeMSAEC的概念加以改進(jìn)。這個(gè)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，旨在為診所醫師和獸醫快速和同時(shí)提供人和動(dòng)物血液組成部分的測量結果。該技術(shù)于1992年轉讓給Abaxis公司，仍然生產(chǎn)以該技術(shù)為基礎的血液分析儀。

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(kāi)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(gè)光學(xué)傳感器采用內診鏡、光纖、激光和算法規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(gè)患者的1000個(gè)樣品中經(jīng)過(guò)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果一致。ORNL已經(jīng)將光學(xué)活組織切片檢查技術(shù)轉讓給了Nashville的橡樹(shù)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，將來(lái)的某一天，它可在醫生的辦公室里很快診斷很多疾病。該項技術(shù)已經(jīng)轉讓給了橡樹(shù)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(shí)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(gè)比人的頭發(fā)還細的通道，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(lái)分析DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細胞。Caliper技術(shù)公司也在銷(xiāo)售針對發(fā)現藥物的高輸入輸出信息通過(guò)量實(shí)驗用的設備。該公司2001年的銷(xiāo)售額接近3000萬(wàn)美元，比2000年增長(cháng)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(kāi)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域的工作成為可能。這一技術(shù)擴展了阿貢國家實(shí)驗室提出的較早概念，啟動(dòng)了ORNL機器人的研究。從此，遙控技術(shù)便應用到核燃料再加工、軍事戰場(chǎng)彈藥管理、加速器、聚變反應堆和美國能源部全國廢料廠(chǎng)環(huán)境清理工程（如遙控等離子體弧切金屬結構以拆除被污染的設備）。

27、有害輻射防護學(xué)和輻射計量學(xué)—幫助確定輻射防護的指導原則

1942年12月當芝加哥獲得第一個(gè)受控連鎖反應時(shí)，一些物理學(xué)家測量了工作地點(diǎn)的輻射強度。因為曼哈頓工程開(kāi)始，所以需要用“有害輻射防護學(xué)”的方法測量由人造核素放射出的輻射和控制工作地點(diǎn)的放射性污染。

28、輻射屏蔽—安全第一

20世紀三十年代，Eugene Wigner發(fā)明了一個(gè)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研究的基礎。

到1951年，在Everitt Blizard的指導下，ORNL成為進(jìn)行計算以確定需要防止人和設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(lái)流產(chǎn)的核飛機工程，ORNL的研究人員努力工作，以找到保護由小核反應堆提供動(dòng)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據，五十年代建造了ORNL整體屏蔽反應堆和塔式屏蔽裝置。

1958年，ORNL的研究人員開(kāi)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(lèi)受到中子和伽馬射線(xiàn)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(dòng)力民用船只Savannah號提出的反應堆屏蔽的有效性。

1966年，橡樹(shù)嶺電子直線(xiàn)加速器開(kāi)始為屏蔽代碼開(kāi)發(fā)者提供輻射如何與單個(gè)原子在屏蔽材料中發(fā)生相互作用方面的數據。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(wèn)題。

1967年，ORNL開(kāi)發(fā)了計算模擬代碼，該代碼仍然用來(lái)評價(jià)輻射屏蔽的有效性。1986年，橡樹(shù)嶺傳輸模型公布；這個(gè)第一次公開(kāi)的輻射傳輸模擬代碼能夠解決極大、復雜和三維屏蔽問(wèn)題。

ORNL的屏蔽研究正用于設計散裂中子源靶、醫學(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(wèn)題的咨詢(xún)請求做出反應。

29、信息中心—分享科學(xué)數據

四十年前，ORNL所長(cháng)Alvin Weinberg率領(lǐng)總統專(zhuān)門(mén)小組研究解決迅速增長(cháng)的數據量問(wèn)題。該小組建議成立專(zhuān)門(mén)的信息處理中心，負責為科學(xué)界評審、分析、壓縮和解釋科學(xué)文獻。

30、能源效率—能耗低冷卻度高

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

31、能源效率—能耗低熱效高

地球幾乎儲存從太陽(yáng)接收能量的一半，起碼高于人類(lèi)每年需要能量的500倍。通過(guò)開(kāi)發(fā)這個(gè)巨大的能源儲存能力，地熱加熱泵為建筑物供熱制冷，并提供熱水。利用有不影響環(huán)境流體的地下管道，地熱加熱泵在冬天將來(lái)自較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(lái)的建筑

1974年阿拉伯石油對美國禁運，美國加油站排起長(cháng)隊，能源價(jià)格節節盤(pán)升后，ORNL應邀作為聯(lián)邦政府節能研究的計劃管理者。由Roger Carlsmith領(lǐng)導的ORNL住戶(hù)節能計劃致力于減少家庭使用油、氣和電（20%由燃油廠(chǎng)提供）的問(wèn)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(guò)加絕緣切斷經(jīng)過(guò)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)明了在其石墨反應堆會(huì )上將钚從來(lái)自廢鈾燃料的其他裂變產(chǎn)物中分離出來(lái)，從而取得了該實(shí)驗室為結束第二次世界大戰而承擔的任務(wù)。

34、核物理和

—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)反應堆產(chǎn)生的中子的行為和對屏蔽材料效應的信息。1948年，Arthur Snell利用一臺改進(jìn)的3MV的靜電加速器開(kāi)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(guò)用質(zhì)子轟擊鋰產(chǎn)生中子束流。1951年，安裝了世界上同類(lèi)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(lái)，ORNL在推進(jìn)計算方面一直是領(lǐng)先者。1954年，Alston Householder領(lǐng)導的一個(gè)ORNL小組與阿貢國家實(shí)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，數據存儲能力最大。被稱(chēng)為橡樹(shù)嶺自動(dòng)計算機和邏輯發(fā)動(dòng)機的這臺機器，幫助科學(xué)家們解決了核物理、輻射效應和研制厄運核飛機工程的屏蔽方面解決了許多問(wèn)題。

36、軟件模擬—科學(xué)發(fā)現的模型

ORNL在世界范圍內對用于科學(xué)發(fā)現的軟件和算法具有重大影響。八十年代晚期，ORNL開(kāi)發(fā)出并行虛擬機（PVM）軟件。該軟件的用戶(hù)在九十年代中期超過(guò)40萬(wàn)，在世界范圍內事實(shí)上成為將計算機組合成虛擬超級計算機的標準。

37、地理信息系統—跟蹤地球

1969年ORNL開(kāi)創(chuàng )了地理信息科學(xué)，10多年以后商業(yè)地理信息系統（GIS）工業(yè)發(fā)展起來(lái)。GIS是一個(gè)計算機系統，它可以收集、存儲、控制和顯示地理信息，包括由衛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(wèn)題的幾個(gè)多學(xué)科研究計劃結合在一起。

38、運輸后勤—找到捷徑

為可能采取的軍事行動(dòng)，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(kāi)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區。

39、生物量能量—一個(gè)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(lái)源。能源部生物能的供料開(kāi)發(fā)計劃的原來(lái)目的，是開(kāi)發(fā)可轉化為燃料在農場(chǎng)生長(cháng)的可持續性的農作物。然而，由于ORNL與美國農業(yè)森林服務(wù)部門(mén)、農業(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(kāi)發(fā)了幾種快速生長(cháng)的樹(shù)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作物出現。

40、聚變能源—尋找最后的能源來(lái)源

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

41、技術(shù)轉讓—從工作臺到市場(chǎng)

四十多年來(lái)，ORNL開(kāi)發(fā)的許多技術(shù)被轉化為構成作為創(chuàng )建新公司基礎的實(shí)用產(chǎn)品和服務(wù)項目。作為實(shí)驗室的一部分，ORNL的技術(shù)轉讓計劃及其帶來(lái)的經(jīng)濟增長(cháng)是基礎科學(xué)研究的“下游的”副產(chǎn)品。的確，自2000年4月30日以來(lái)，利用ORNL轉讓技術(shù)的30家新公司，包括橡樹(shù)嶺地區的許多公司成立。

42、科學(xué)教育—打下基礎

自從成立以來(lái)，ORNL就為教育培訓和研究機會(huì )提供了資源。1946年初Eugene Wigner成為ORNL負責研究的所長(cháng)后，他建立了橡樹(shù)嶺反應堆技術(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。該校的畢業(yè)生中有的成為核工業(yè)的領(lǐng)導人，包括Hyman G. Rickover船長(cháng)，他來(lái)到ORNL了解美國海軍是否可利用核能。

43、廢料管理—結束核周期

石墨反應堆變成臨界六十年后，今天，ORNL通過(guò)發(fā)現隔離核廢料的安全方法，正幫助結束核的周期。最重要的工作可能關(guān)系到地質(zhì)上處理用過(guò)燃料和高放射性核廢料儲存地的選址，它是導致國會(huì )批準絲蘭山（內華達州）作為可能處理場(chǎng)地努力的一部分。努力的過(guò)程開(kāi)始于1955年美國國家科學(xué)院召開(kāi)的專(zhuān)門(mén)制定美國永久處理反應堆廢料計劃的一次會(huì )議。與會(huì )的65名科學(xué)家中，有ORNL的科學(xué)家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。與會(huì )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(shí)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(lái)，ORNL的研究導致制定了幾個(gè)規章標準，這些標準改進(jìn)了核電廠(chǎng)運行的安全。

45、ORNL的未來(lái)—下一代大科學(xué)園區

1943年，6000多名工人開(kāi)始建造大約150棟建筑物，后來(lái)它們構成ORNL。該實(shí)驗室的全體工作人員正在重建這一實(shí)驗室。除14億美元的散裂中子源SNS外，3億美元的現代化計劃將會(huì )使它能夠吸引下一代世界水平的科學(xué)家到ORNL工作。私人資助的設施：建在能源部立契轉讓的土地上，30萬(wàn)平方英尺的設施里建有最先進(jìn)的能源和計算科學(xué)實(shí)驗。

現任所長(cháng)

湯姆梅森

科研合作

2020年3月22日，在白宮的冠狀病毒工作新聞發(fā)布會(huì )上，特朗普對外宣布，將成立公共/私人團隊，以釋放美國超級計算資源的力量。整個(gè)團隊由白宮、美國能源和IBM組成。隨后IBM提供這個(gè)項目的更多細節，公司表示，他們已經(jīng)在與多個(gè)國家實(shí)驗室和其他研究機構合作，包括勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗室（LLNL），阿貢國家實(shí)驗室（ANL），橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室（ORNL），桑迪亞國家實(shí)驗室（SNL），洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室（LANL），美國國家科學(xué)基金會(huì )（NSF），美國國家航空航天局（NASA），麻省理工學(xué)院（MIT），倫斯勒理工學(xué)院（RPI）和多家領(lǐng)先的技術(shù)公司，為流行病學(xué)、生物信息學(xué)和分子建模等多個(gè)項目提供總計每秒330千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運算能力。^[1]