设立背景

实验室鸟瞰图

一年之内，在一片荒无人烟的不毛之地建成了一座秘密城市“橡树岭”以及用于核武试验研究的国家实验室。很长一段时间，在公开出版的地图上是找不到橡树岭的。即使在2013年，用GPS也只能查出该实验室所在的街道，但找不到它具体的门牌号码位置。

历史沿革

实验室入口标志

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。

科研实力

ORNL拥有众多的重要科学研究设施，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

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。

研究领域

ITER示意图

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从事跨越广泛领域科学学科的研发活动，ORNL在许多科学领域处于国际领先地位。它主要从事以下科学领域的研究，包括中子科学、复杂生物系统、能源、先进材料、国家安全和高性能计算等。

1、中子科学

2、生物系统

3、能源

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·电力传输技术技术

·能源效益和电力技术

·能源效率和可再生能源（EERE）

·工业技术项目

·美国参与国际热核聚变实验堆项目

4、先进材料

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·结构材料缺陷物理中心

·纳米材料科学中心

·高温材料实验室

·工业技术项目

5、国家安全

6、高性能计算

7、纳米技术

·生物和纳米尺度系统组

·纳米应用中心

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超导线

ORNL通过绝缘纳米点的三维自组装研制出高温超导线。分布在厚膜超导第二代线的整个厚度上的纳米点阵列作为有效磁通钉扎中心，满足了最实际的功率应用的要求。2006年，该项成就作为“最佳之最佳”被《纳米技术摘要》专业杂志授予国际纳米技术50强奖。2008年，该实验室的Amit Goyal博士因开发区出此项技术获得发明者奖。

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诊断

ORNL正在开发和实施直接操纵转录过程的纳米结构器件-凭借转录过程，细胞内的基因可通过电子控制被诱导或压抑。该方法是利用细胞渗透纳米电极作为细胞界面的纳米功能，使拴系的遗传物质可被引入到一个细胞和通过多尺度设备平台应用的外部刺激进行监管。该研究平台是一个包括了解在一个单细胞内单个基因功能广泛应用的有力工具。

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纳米发酵

纳米发酵采用自然金属还原菌株创造定制的各种重要工程材料的单晶纳米颗粒。细菌可以在工业生物加工中用于制造混合金属氧化物的发现，取得了大规模纳米粉体合成的突破。颗粒的大小和形态可由集中方法加以控制，包括温度、孵化时间和选择电子供体或某些化学添加剂。

采用熟悉、成熟的工业设备和简单的发酵做法，纳米发酵在室温或接近室温进行。该菌株是完全自然的，并不危险。操作过程可在使产品符合特殊需要的广泛条件下进行，并可容易地按比例增加。纳米发酵产生广泛成分的极其细微，控制良好并具有很强的结晶产品。

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纳米强化合金

ORNL的革命性的快速红外线加热过程控制在纳米级晶粒细化到生产具有优越的抗拉强度和抗疲劳性能的高性能锻件。ORNL正与锻造业协会一起使这个研发100大奖获奖技术实现商业化。

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超疏水材料

ORNL开发了具有通过减少摩擦和减少腐蚀，以减少能量损耗潜力的超疏水（防水）纳米结构材料。ORNL正致力于将超疏水氧化物为基础的粉末商业化。这种粉末具有精确重复和每个粒子表面有高度统一尺寸的纳米特性。

这些功能都涂有一个含氟化合物处理单层。这些超防水材料有许多一般的和高级的用途，包括针对减阻和强化传热的节能应用、新型传感器和生物医学的应用。ORNL目前正在努力提高粉末的质量和开发粘结剂系统。

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实时表征

ORNL开发了一种技术，利用商用微分迁移率分析仪实时抽样气相工艺生产的纳米颗粒。已对金属氧化物颗粒和碳纳米材料的生产工艺进行了演示。该系统在Luna nanoWorks公司的等离子体电弧反应器上进行了试验。

·纳米尺度科学和设备组

纳米尺度科学和设备组是ORNL生物科学部的一部分。其研究领域包括：吸收引起的应力、纳米电子机械系统和微电子机械系统传感器、纳米尺度分子力学、接口的物理和化学、扫描探针显微镜和分子梳。

通过开展这些领域的研究，建立一个许多传统上单独的科学领域令人兴奋的融合基础，分子生物学，流体力学，量子力学和光子学之间一度明显的边界划线被跨越。所取得的技术进展有可能造福人类，从对癌症的改进检查和治疗，地雷的探测，人工恢复视觉和听觉受损的视力和听力，到保护平民和部队防止常规武器以及核武器和生化武器的袭击。

·生物和纳米尺度组

橡树岭国家实验室

8、其他研究领域

除主要的重点领域之外，ORNL还在以下科学领域开展世界一流水平的研究：

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化学科学领域

ORNL采用实验、理论和计算的方法开展化学的基础和应用研究，包括：化学生物科学、流体界面反应、结构和运输、地球化学与水溶液化学、多种多样催化作用、激光光谱学、质谱测定法、材料化学、分子变换和燃料化学、中子科学、聚合物，合成与表征、放射性材料表征、分离化学、表面科学与界面化学、以及理论、建模和模拟。

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核物理领域

研究的重点领域是，在实验方面，重点放在重离子和原子物理；在理论研究上，重点放在核物理、天体物理和核-粒子界面的物理。

大事记

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5 MW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为军队在遥远场地使用所设计的可移动反应堆

1954年ORNL生态计划开始；测试ORNL实验飞机反应堆；塔式屏蔽设施首次运行，为倒运的核飞机计划提供数据和利用两种不同反应物对撞分子束流首次详细研究化学反应

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，在此职位历时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；ORNL研究人员对用于美国第一台核动力民用船只的掩映队屏蔽进行了鉴定

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年成为第一个雇佣社会科学家（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Apollo 11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，预测电站对哈得孙河鱼的影响；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；田那西大学和橡树岭国家实验室建立科学联盟；开发出胶铸，现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”，现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；田那西大学-橡树岭国家实验室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HHFIR在更换锫反射器和增加研究建筑后重新运行；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ORNL-Cray伙伴最快的超级计算机目标；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建立那米阶段材料科学中心；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担任橡树岭国家实验室所长

2003年私人资助的设施：在能源部立契约转让的土地上建造300，000平方英尺的设施中，将有最先进的能源和计算科学实验室。

实验设施

橡树岭国家实验室有近20个复杂的实验设施和装置。这些设施和装置不仅为本实验室的科学家和工程师服务，而且对美国的大学、工业界和其他的国家实验室以及国外研究机构的研究人员开放。同时，通过将不必要的重复劳动降低到最小程度，促进科学界有益的相互影响和在许多情况下最佳利用昂贵的独特设备，推动国家的研究与开发，并完成能源部的任务。

回旋加速器

由劳伦斯伯克力国家实验室(LBNL)负责设计和建造SNS的前端系统，包括一个离子源，束流形成和控制硬件，以及低能束流传输和加速系统。离子源产生负氢离子－带一个额外的附加电子的氢一形成一个脉冲束流，并被加速到2.5 MeV。这一束流被传送到一个大的线性加速器。

生物处理研究设施系指采用搅拌罐、桶状反应堆和用于大规模批量和桶型实验的发酵实验生产装置，研究先进生物处理方案的实验室组合体。研究与开发活动包括（但不局限于）饲料养分的预处理和分离、微生物培育分类和改进以及基因控制；微生物和酶的定位、先进生物反应堆原理；垃圾生物处理、处理可行性和按比例扩大、先进分析原理、生物处理检测和控制以及生化分离。

建筑技术中心

用于中子科学的锎用户装置

主要成就

1、核动力与研究反应堆—从曼哈顿工程到电的产生

20世纪四十年代诞生了许多动力反应堆概念，有些发展被认为仍然有效的技术。因为认为铀非常稀少，所以一些科学家想出一种产生多余消耗钚的快速反应堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用钠冷却增殖反应堆的第一个设计。

2、反应堆化学—钷的发现

Charles Coryell

1945年，在Charles Coryell的领导下，工作在石墨反应堆上的化学家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他们通过铀的裂变和用用来自反应堆中裂变铀的中子轰击钕获得这一元素。他们在附近的热实验室和化学楼里工作，利用离子交换色层法，首次从化学上鉴定了元素61的两个同位素。

Marinsky和Glendenin在1947年的美国化学学会会议上宣布了他们在化学上证明元素61的存在。1948年，他们在麻省理工学院工作时建议将元素61“钷”命名为普罗米修斯（希腊神话中的巨人，相传因盗取天火给人类触怒主神宙斯，被锁在高加索山崖遭受神鹰折磨）。这一想法来自Coryell的妻子Grace Mary。1949年这一名称被国际化学化学联合会所接受。

钷是在地球地壳中没有发现发射β的放射性金属，在仙女座中一个星的光谱里看到了它。钷147用于导弹中的仪器核动力电池。

3、核同位素

二次大战期间，橡树岭Y-12厂被用来电磁分离两个铀同位素，产生曼哈顿工程用的武器等级的材料。大战结束后，除了一个电磁型同位素分离器大厅外，其他所有的大厅均转为它用。剩余的设施转给ORNL，生产许多用于和平目的的同位素。

4、核医学—疾病的诊断和治疗

将ORNL产生的放射性同位素转变为可恢复人体健康的试剂是ORNL核医学研究人员长期以来的奋斗目标。20世纪七十年代中叶以来，在Russ Knapp的领导下，他们开发出用于医学扫描诊断心脏病的放射性成像试剂。该试剂已经在全世界350000病人研究中经过了试验，在日本和俄罗斯进行工业化生产，并用于治疗无数的心脏病患者。ORNL试剂是用放射性碘做标记的脂肪酸，可用来探测心脏病发作后心肌有多少还活着，预测搭桥手术或气球状的血管成型术是否会恢复所有血液流通。

5、核燃料—开发新工艺

第二次世界大战期间，橡树岭的石墨反应堆是作为一个试验工厂为展示钚的产生而运行的。ORNL的研究人员开发出从用过的铀燃料和裂变产品中分离钚的化学工艺。他们利用沉淀从溶解在硝酸中用过的燃料中提取钚，设计和应用工艺。

6、核燃料—核工业的新设计

上个世纪四十年代末，由Eugene Wigner领导的ORNL小组设计了水冷却释热元件，确保材料试验反应堆产生足够高的中子浓缩度，以便确定哪些支撑最好的材料可用于未来反应堆。该组设计的铀释热元件放在铝板之间，外面由铍包围，将中子反射回到堆芯。Wigner最有名的发明是将铝板弯曲，所以在非常热的情况下，它们只向一个方向弯曲，防止水冷却液流量的压缩，这决定着中子的流强。这个设计是美国研究反应堆和潜水艇堆芯的模型。

7、核燃料—国际软件

SCALE是一个易于使用用来确定核装置的设计和传输或存储数据包是否符合核安全标准的计算机软件系统。ORNL开发的系统在世界范围里被用来回答核安全问题。例如：装有用完的核燃料的储存罐足以屏蔽，防止雇员达到有害辐射水平吗？罐的设计，在平板卡车或火车车厢里罐的摆放，会防止涉及不受控制地释放能量和辐射的临界事故吗？

8、核安全—了解挑战

ORNL在无数方面对核安全起作用。它培养了900多位反应堆设计和安全操作方面的工程师。实验室出版了核安全杂志已有30多年。60年代以来，ORNL已经对核临界安全具有了重要影响—利用工业控制防止产生在铀或钚的处理、储存和运输中发生意外不能控制的链式反应的潜在后果。ORNL的研究人员提供几个临界安全标准和管理批准这个指导原则的国际小组。

9、核脱盐—渴望解决方案

联合国估计全世界有11亿人口，几乎6个人中就有1人喝不到安全的饮用水。一种解决的方案是从海洋里取水并把盐除掉。

10、核不扩散—降低

2002年，ORNL组与美国核安全局、国务院和国际原子能委员会的专家们一道从南斯拉夫反应堆上安全拆除50公斤的高浓缩铀。这些材料被运到俄罗斯转为反应堆级燃料。

为减少美国和俄罗斯反应堆产生的多余的武器级的钚，ORNL管理多处为轻水反应堆生产、辐照和试验基于钚的混合氧化物燃料的工作。ORNL管理和与俄罗斯从事开发生产俄罗斯反应堆所用混合氧化物燃料需要的技术。

通过将原苏联的武器研究人员固有的技术商品化和重新产业化的努力，ORNL正为他们创造有意义的工作。

11、中子散射—变化的仪器

1994年，率先在橡树岭石墨反应堆上采用中子散射开展材料研究的Clifford Shull分享了诺贝尔物理奖。Shull和他的导师Ernest Wollan利用中子散射确定晶体中原子在哪里。中子散射在世界上被用于研究材料的结构和动力学，开发出强力塑料、小电机中看到的改进的磁性材料、信用卡、计算机磁盘和CD盘。1945后期，用X射线散射研究固体和气体的Wollan考虑用石墨反应堆的中子研究散射。他通过让反应堆中子经过晶体产生了一个单波长中子束流，并用谱仪测量与中的原子核相互作用所发生的中子散射的角度和能量。这一信息帮助揭示物质的结构。

12、半导体—打造数字的未来

过去40年间，ORNL的研究人员提供了重要的信息和技术，产生了半导体产业，提高了该产业的经济意义。

1962年，Ordean Oen和Mark Robinson在开展晶体材料中辐射损伤理论研究的同时，进行揭示离子沟道影响与固体中长排的原子平行的原子的长距离运动的计算机模拟。这一工作和Bill Appleton、Charles Moak、Sheldon Datz、Herb Krause和其他人所做的高能离子沟道实验能够了解沟道现象，帮助工业界生产具有正确特性的植入离子的半导体材料。

13、半导体—传输电力

由于有了高温超导线和电缆，未来的电网将更加有效。ORNL的研究人员与工业伙伴合作，利用1986年发现的现象所开发的高温超导线的电阻比铜线的电阻小得多。与相当的技术比较，使用这样的线的设备占用空间较小，运行费用较低，耗能较少。美国电网中超导电缆导电是同样大小尺寸铜线的5倍。因为高温超导电缆以热量形式损失很少的能量，所以电传输的损耗减少一半，从8%降低到4%。

14、离子植入材料—实在的人造关节

在ORNL，通过纯理论手段出色地发现离子沟道，最后导致制定基于加速器的计划将离子引入材料。研究人员发现离子植入能够改进许多材料的表面，包括用于制造人造髋关节和膝盖的合金。

15、环境影响分析—寻找平衡

联邦政府资助或批准的设施在建造前，必须认真检查工程的效果。在环境影响说明中，必须权衡它们的造价和效益。自1971年以来，为核电厂曾准备过这样的环境影响说明。ORNL和其他三个国家实验室的研究人员涉及一个应急计划，为90个运行核电厂和那些建设中的核电厂或正在设计中的核电厂起草环境影响说明。七十年代，ORNL还涉及决定是否为提出的电厂建造冷却塔，以保护哈德逊河的有条纹鲈鱼。ORNL的工程师们开发出的一种电子标记，它通过手术植入雨中。该标记发射出超声波信号，用于观测三文鱼靠近水电大坝时的变化—这一信息有助于鱼安全通大坝的上游和下游。

16、环境质量—种下科学的种子

来自工业设施的放射性和有害物质对构成生态系统的动植物有什么影响？生态系统与地球大气如何发生相互作用？ORNL的研究人员帮助回答了这些和其他50多年来的其他问题，开创了生态研究的新领域。

17、空间探索—最后的前沿科学

2002年8月20日，美国国家宇航局庆祝旅行者2号宇宙探测器通过太阳系旅程25周年—可能是人类探索宇宙最伟大的功绩。旅行者2号向地球发回令人注目的木星、土星、天王星和海王星地形、环和卫星的照片。旅行者2号距太阳足足超过60亿英里远，上面载有ORNL制造的材料。

18、

和碳产品—从导弹到纳斯卡（

）

石墨反应堆的名称承认石墨需要有的特性。这种形式的结晶碳被选为橡树岭的第一台反应堆和Hanford钚产生反应堆的减速器。石墨不仅将铀裂变中产生的中子减速到足以使钚形成，而且还在高温时变得更强，并抗辐射损伤。

19、先进材料—工业用的合金

材料合成ORNL第一个开发的商业化的合金是耐盐酸镍基合金-N，先由国际镍公司出售，由Haynes International公司销售。这个镍-钼-铜-铁合金是由Hank Inouye和其他人开发的，含有ORNL开发的熔盐反应堆使用的燃料。该种合金抗老化、抗断裂和抗暴露在热的含氟化物的盐引起的腐蚀。

20、先进材料—工具、

和

许多发明在10到15年里从实验室到工厂都不会取得成功，但ORNL的一种陶瓷发现后3年成为商业产品。这个名人遗物收藏馆的陶瓷是铝氧化物和从普通米壳制造的微观硅炭化物SiC晶须的复合材料。

21、生物技术—用细菌清除

ORNL生物技术一个早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示：花园土壤中的细菌能够去掉工业废水中的硝酸盐和稀有元素。ORNL在俄亥俄州的Portsmouth铀浓缩厂建了一座试验生物反应堆处理硝酸盐废物。橡树岭Y-12国家安全整套装置为处理硝酸废物的一座工厂采用了Francis的设计。在这些场地利用重组体和自然细菌处理地下废物的生物治疗在继续进行。

在1997年进行的lysimeter实验中，ORNL采用了基因工程微生物来探测土壤污染物；美国政府部门首次批准它在能源部的一个场地有控制地向环境释放。

六十年代，Howard Adler和他的助手们研究辐射对大肠杆菌的影响。一些被辐射损伤的细菌死亡，神秘的是除非它们生长在有其他细菌的情况下。最终的解释是含有来自那些其他细菌薄膜部分的酶，它把氧从介质中去掉，使得受损伤的大肠杆菌得以复原。

Adler和Jim Copeland开发出一项提取和冷藏这些薄膜碎片，和利用它们去掉来自支持厌氧微生物（在氧中死亡）液体介质的氧的技术。他们的技术有助于早发现由厌氧微生物和生产像丁醇之类的化学品引起的疾病，如破伤风和坏疽。1987年，他们成立了Oxyrase公司，继续向北美、南美、亚洲和欧洲的医院病理学和研究实验室销售诊断介质。

利用在生产除冰剂、食品添加剂、溶剂和最后是塑料中需要的将普通糖转化为琥珀酸的一种新的微生物，ORNL和美国能源部其他的国家实验室与应用碳-化学制品公司（Applied Carbo-Chemicals）一起开发了一种发酵工艺。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反应堆中开发了这一发酵工艺。应用碳-化学制品公司展示了这一很快商品化的发酵10万公升的工艺流程。

22、光合作用—发现光

发现光对研究绿色植物细胞和辐射有兴趣的几位ORNL的生物学家集中研究了光合作用。

23、生物系统—生命工厂一瞥

ORNL制定其生物研究计划，旨在确定辐射的性质和辐射对活细胞的影响。

这些研究是出于关心反应堆、原子武器试验和进入人体的放射性元素的辐射对健康的影响而进行的。辐射生物学方面的世界权威Alexander Hollaender1946年来到橡树岭，率领ORNL的研究人员开展辐射对微生物、果蝇、植物和以后是老鼠的影响的研究。他制定了一项广泛的计划，一度使ORNL成为世界上最大的生物实验室。曾在ORNL从事生物科学研究的20名研究人员被选为美国国家科学院的院士。

24、

—发现基因，预言蛋白质结构

ORNL的计算生物学研究人员在人类基因组工程中起着重要作用。2001年，《科学》和《自然》杂志特刊刊登了人类基因组草图，这两个特刊都提到了ORNL的生物信息学研究。ORNL的Frank Larimer、Jay Snoddy和Ed Uberbacher被列为那期《自然》主要论文的两作者。Uberbacher和Richard Mural开发的GRAIL发现基因工具用于这项工作，《科学》杂志的基因组计划大事记中也提到了它。

Ying Xu和Dong Xu开发了蛋白质结构预言和评估计算机工具盒（PROSPECT），即预言来自氨基酸序列的蛋白质三维结构的计算工具。了解这些特定的蛋白质三维结构对疾病的研究和发现药物至关重要。PROSPECT可在几小时而不是传统实验需要的数月就可确定蛋白质的几何结构。它是世界上最佳的预言蛋白质结构的工具之一。

25、生物医学技术—检查和预防疾病

在过去的50年中，ORNL的研究人员发明了大的仪器，小型分析仪和小的芯片，用来诊断或预防人类疾病和小毛病。

1950年，由物理学家P. R. Bell领导的ORNL的一个组发明了一种改进闪烁谱仪，测量从磷光体产生与辐射打击这些晶体成正比的光闪烁的次数和强度。多路分析仪用电子学装置将这些闪烁记录下来，能够快速对β和γ辐射能量进行分析。

1956年，Bell的组找到将电子计算机并入医学扫描仪更精确地突出吸收放射性同位素的肿瘤的方法，从而不必要开刀来检查癌。ORNL开发的这些商业型号的成像机器被用于全世界的主要医学中心，用来查出恶性肿瘤的位置，以便进行治疗，延长患者的生命。

1961年，利用美国原子能委员会和美国国家卫生院提供的经费，由Norman Anderson领导的ORNL的一个组发现用于生产核反应堆燃料浓缩铀离心技术的医学应用。研究人员证明，根据大小和密度将物质分离成为分子组成部分的快速自旋分离机，通过去掉可造成免疫病人副作用的外来蛋白质，能够纯化疫苗。到1967年，以ORNL发明为基础的商用带状离心机为无数人生产了更为安全的疫苗。

在Anderson的引导下，Charles Scott和其他ORNL的研究人员在六十和七十年代末发明了可提的快速离心分析仪，用于全美国的医疗诊所。这些分析仪在几分钟内就能检验出血、尿和体内其他流体的成分，为医疗诊断记录下数据。

这些机器中，最著名的是ORNL的GeMSAEC，它由国家卫生院的普通医学科学处和原子能委员会共同资助。利用一个旋转15个透明管通过光束的转子，GeMSAEC将结果显示在示波器上，将数据送入计算机，在以前一次分析所用的时间里完成15的医学分析。以这一发明为基础的医学分析仪用于许多美国的诊所。

在七十和八十年代，ORNL的Carl Burtis发明了可提血液转子（blood rotor），它采用了最新的技术，根据GeMSAEC的概念加以改进。这个小的分析仪采用与光束存在的情况下的血液成分发生作用的各种试剂，旨在为诊所医师和兽医快速和同时提供人和动物血液组成部分的测量结果。该技术于1992年转让给Abaxis公司，仍然生产以该技术为基础的血液分析仪。

九十年代，由ORNL的Tuan Vo Dinh和位于Knoxville的汤姆森癌症救生中心（Thompson Cancer Survival Center）的Bergein Overholt和Masoud Panjehpour开发了一项确定食管肿瘤是良性还是恶性的非外科激光技术。

这个光学传感器采用内诊镜、光纤、激光和算法规则收集和比较食道中的荧光图形（正常的恶性组织不同）。该传感器已在汤姆森癌症救生中心200个患者的1000个样品中经过试验。在占98%的试验中，光学的和外科的活组织切片检查结果一致。ORNL已经将光学活组织切片检查技术转让给了Nashville的橡树岭癌症即刻化验室。

Vo-Dinh、Alan Wintenberg和其他人发明了一种先进的多功能生物芯片系统，将来的某一天，它可在医生的办公室里很快诊断很多疾病。该项技术已经转让给了橡树岭的HealthSpex公司。

九十年代初期由ORNL的研究人员Mike Ramsey发明的“芯片实验室”的改进型号被Caliper技术公司（Caliper Technologies）商品化。这些火柴盒大小的芯片有几个比人的头发还细的通道，它们与存储器连接，所有的存储器利用微加工技术都刻在极小的玻璃板上。芯片可以用来分析DNA、RNA、蛋白质和细胞。Caliper技术公司也在销售针对发现药物的高输入输出信息通过量实验用的设备。该公司2001年的销售额接近3000万美元，比2000年增长59%。

26、智能机器—用机器人降低风险

机械操纵器早已用于高放射性物质工作屏蔽室，防止使用者接触放射性物质。从七十年代晚期开始，ORNL的研究人员就发明了遥控的灵巧伺服操作器，可在电视上看这些操作器的工作。这样的“遥控操作”技术能够使在对人太危险的放射性区域的工作成为可能。这一技术扩展了阿贡国家实验室提出的较早概念，启动了ORNL机器人的研究。从此，遥控技术便应用到核燃料再加工、军事战场弹药管理、加速器、聚变反应堆和美国能源部全国废料厂环境清理工程（如遥控等离子体弧切金属结构以拆除被污染的设备）。

27、有害辐射防护学和辐射计量学—帮助确定辐射防护的指导原则

1942年12月当芝加哥获得第一个受控连锁反应时，一些物理学家测量了工作地点的辐射强度。因为曼哈顿工程开始，所以需要用“有害辐射防护学”的方法测量由人造核素放射出的辐射和控制工作地点的放射性污染。

28、辐射屏蔽—安全第一

20世纪三十年代，Eugene Wigner发明了一个公式，表明有些材料比其他材料在接收或放慢中子散射中更为有效。这一工作确立了辐射防护研究的基础。

到1951年，在Everitt Blizard的指导下，ORNL成为进行计算以确定需要防止人和设备受到有害辐射强度辐射的铅、钢和混凝土屏蔽的厚度和配置。对于后来流产的核飞机工程，ORNL的研究人员努力工作，以找到保护由小核反应堆提供动力的飞机机组人员免受辐射的重量轻的屏蔽材料。为了给这一工作提供数据，五十年代建造了ORNL整体屏蔽反应堆和塔式屏蔽装置。

1958年，ORNL的研究人员开发了中子传输代码和光子传输代码，它们的屏蔽配置最佳地防止人类受到中子和伽马射线的辐射。1959年，他们评估了为美国第一艘也是唯一的一艘核动力民用船只Savannah号提出的反应堆屏蔽的有效性。

1966年，橡树岭电子直线加速器开始为屏蔽代码开发者提供辐射如何与单个原子在屏蔽材料中发生相互作用方面的数据。该加速器帮助科学家们回答了像“中子辐射被原子核捕获或散射掉了多少？”和“引起原子裂变多少？”这样的问题。

1967年，ORNL开发了计算模拟代码，该代码仍然用来评价辐射屏蔽的有效性。1986年，橡树岭传输模型公布；这个第一次公开的辐射传输模拟代码能够解决极大、复杂和三维屏蔽问题。

ORNL的屏蔽研究正用于设计散裂中子源靶、医学辐射治疗和国土安全工程。ORNL的研究人员还对困难屏蔽问题的咨询请求做出反应。

29、信息中心—分享科学数据

四十年前，ORNL所长Alvin Weinberg率领总统专门小组研究解决迅速增长的数据量问题。该小组建议成立专门的信息处理中心，负责为科学界评审、分析、压缩和解释科学文献。

30、能源效率—能耗低冷却度高

在过去的三十年中，ORNL率先开发出能耗低并对环境构成较小威胁的冷冻系统。之所以要这样做，原因是七十年代以来，因为进口用于燃料的石油供应不稳定造成能源价格的上涨；需要降低燃煤电厂的目标，因而削减使气候改变的二氧化碳的排放量，以及为保存保护我们的平流层臭氧层必须替换含有氟氯碳传统冷却剂。

31、能源效率—能耗低热效高

地球几乎储存从太阳接收能量的一半，起码高于人类每年需要能量的500倍。通过开发这个巨大的能源储存能力，地热加热泵为建筑物供热制冷，并提供热水。利用有不影响环境流体的地下管道，地热加热泵在冬天将来自较热地的热量传诵到建筑物，夏天将建筑物里的热量散发到较凉的地里。

32、能源效率—未来的建筑

1974年阿拉伯石油对美国禁运，美国加油站排起长队，能源价格节节盘升后，ORNL应邀作为联邦政府节能研究的计划管理者。由Roger Carlsmith领导的ORNL住户节能计划致力于减少家庭使用油、气和电（20%由燃油厂提供）的问题。因为取暖和制冷占美国平均家庭用的能量的50-70%，所以通过加绝缘切断经过墙壁不需要的热流，就可以大量降低能源消耗和支付的费用。ORNL的研究人员研究改进绝缘的方法，并计算家里和公司加了绝缘后所节省的能量。

33、化学和质谱测定法取得成功

ORNL的化学家们率先发明了在其石墨反应堆会上将钚从来自废铀燃料的其他裂变产物中分离出来，从而取得了该实验室为结束第二次世界大战而承担的任务。

34、核物理和

—从原子到爆炸的星球

ORNL的核物理研究始于四十年代晚期，主要是因为核飞机工程需要有关反应堆产生的中子的行为和对屏蔽材料效应的信息。1948年，Arthur Snell利用一台改进的3MV的静电加速器开始了研究。这台3MV的静电加速器是一台高压直流加速器，通过用质子轰击锂产生中子束流。1951年，安装了世界上同类加速器中能量最高的一台5MV的静电加速器。

35、高性能计算—冲击极限

50年来，ORNL在推进计算方面一直是领先者。1954年，Alston Householder领导的一个ORNL小组与阿贡国家实验室合作建了一台计算机，与世界上其他计算机相比，其速度最快，数据存储能力最大。被称为橡树岭自动计算机和逻辑发动机的这台机器，帮助科学家们解决了核物理、辐射效应和研制厄运核飞机工程的屏蔽方面解决了许多问题。

36、软件模拟—科学发现的模型

ORNL在世界范围内对用于科学发现的软件和算法具有重大影响。八十年代晚期，ORNL开发出并行虚拟机（PVM）软件。该软件的用户在九十年代中期超过40万，在世界范围内事实上成为将计算机组合成虚拟超级计算机的标准。

37、地理信息系统—跟踪地球

1969年ORNL开创了地理信息科学，10多年以后商业地理信息系统（GIS）工业发展起来。GIS是一个计算机系统，它可以收集、存储、控制和显示地理信息，包括由卫星和飞机搜集的图像。ORNL曾利用GIS将涉及局部到全球范围问题的几个多学科研究计划结合在一起。

38、运输后勤—找到捷径

为可能采取的军事行动，将部队和所需要的装备从美国基地运到国外基地，最快的路途是什么？由于ORNL和田纳西大学研究人员为美国空军开发的特殊软件，美国部队和装备可比以前更快地被空运到潜在的战区。

39、生物量能量—一个木材的新世界

由于ORNL管理了20年的一项能源部计划，工业有了更有效的用于造纸、建材和家具的纸浆和木材来源。能源部生物能的供料开发计划的原来目的，是开发可转化为燃料在农场生长的可持续性的农作物。然而，由于ORNL与美国农业森林服务部门、农业研究站、多所大学和几家林木产品公司的合作，选择和开发了几种快速生长的树木和草，它们可用于木制产品和能源。白杨和柳枝稷作为典型的农作物出现。

40、聚变能源—寻找最后的能源来源

长期以来，从俄罗斯和日本到欧洲和美国的科学家们都在谋求开发聚变能作为丰富、安全和环境上友好的电力来源。为达到这一雄心勃勃的目标，他们必须克服科学和工程学科范围内的问题。ORNL在国际聚变界以实际上在聚变科学和工程的每个学科中做出强大贡献，并在开发聚变能方面具有保持中心作用技术的实验室和闻名。

41、技术转让—从工作台到市场

四十多年来，ORNL开发的许多技术被转化为构成作为创建新公司基础的实用产品和服务项目。作为实验室的一部分，ORNL的技术转让计划及其带来的经济增长是基础科学研究的“下游的”副产品。的确，自2000年4月30日以来，利用ORNL转让技术的30家新公司，包括橡树岭地区的许多公司成立。

42、科学教育—打下基础

自从成立以来，ORNL就为教育培训和研究机会提供了资源。1946年初Eugene Wigner成为ORNL负责研究的所长后，他建立了橡树岭反应堆技术学校。该校成为几所大学核工程课程的典范，是ORNL对核能的最大贡献。该校的毕业生中有的成为核工业的领导人，包括Hyman G. Rickover船长，他来到ORNL了解美国海军是否可利用核能。

43、废料管理—结束核周期

石墨反应堆变成临界六十年后，今天，ORNL通过发现隔离核废料的安全方法，正帮助结束核的周期。最重要的工作可能关系到地质上处理用过燃料和高放射性核废料储存地的选址，它是导致国会批准丝兰山（内华达州）作为可能处理场地努力的一部分。努力的过程开始于1955年美国国家科学院召开的专门制定美国永久处理反应堆废料计划的一次会议。与会的65名科学家中，有ORNL的科学家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。与会者推荐采用层状盐作为高放射性废料处理的最佳方法，尽管存在其他的选项。

44、政府政策—帮助美国的科学发展

ORNL的研究已经为联邦政府的科技政策决策者们提供了重要信息，造成争论，有时成为各种法律、条例和其他政策的措辞。例如，自六十年代以来，ORNL的研究导致制定了几个规章标准，这些标准改进了核电厂运行的安全。

45、ORNL的未来—下一代大科学园区

1943年，6000多名工人开始建造大约150栋建筑物，后来它们构成ORNL。该实验室的全体工作人员正在重建这一实验室。除14亿美元的散裂中子源SNS外，3亿美元的现代化计划将会使它能够吸引下一代世界水平的科学家到ORNL工作。私人资助的设施：建在能源部立契转让的土地上，30万平方英尺的设施里建有最先进的能源和计算科学实验。

现任所长

汤姆梅森

科研合作

2020年3月22日，在白宫的冠状病毒工作新闻发布会上，特朗普对外宣布，将成立公共/私人团队，以释放美国超级计算资源的力量。整个团队由白宫、美国能源和IBM组成。随后IBM提供这个项目的更多细节，公司表示，他们已经在与多个国家实验室和其他研究机构合作，包括劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL），阿贡国家实验室（ANL），橡树岭国家实验室（ORNL），桑迪亚国家实验室（SNL），洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL），美国国家科学基金会（NSF），美国国家航空航天局（NASA），麻省理工学院（MIT），伦斯勒理工学院（RPI）和多家领先的技术公司，为流行病学、生物信息学和分子建模等多个项目提供总计每秒330千万亿次浮点运算能力。^[1]