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實驗室鳥瞰圖
二戰期間，為了趕在德國之前造出原子彈，美國啟動了曼哈頓計劃。作為曼哈頓計劃的壹部分，1943年2月，在田納西州諾克斯維爾以西30公裏的克林頓鎮，從事核武器實驗研究的克林頓實驗室(後更名為橡樹嶺國家實驗室ORNL)破土動工。
壹年之內，壹座秘密城市“橡樹嶺”和壹個用於核武器試驗和研究的國家實驗室在壹片不毛之地建成了。很長壹段時間，在出版的地圖上找不到橡樹嶺。即使是2013，GPS也只能查到實驗室所在的街道，卻查不到它的具體門牌號。
歷史的發展
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實驗室入口標誌
在20世紀50年代和60年代，ORNL是從事核能、物理學和生命科學的國際中心。20世紀70年代美國能源部成立後，ORNL的研究計劃擴展到了能源生產、傳輸和保存領域。
到265438+20世紀初，實驗室支持美國的任務與和平時期壹樣重要，但不同於曼哈頓計劃。
科研實力
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ORNL有許多重要的科研設施，發展到了較高的水平。它建成了新的納米材料科學中心、基因科學中心和世界上最大的每秒執行40*1012次計算的超級計算機中心。它負責美國最大的民用科研項目，由六個美國實驗室聯合建造，價值6543.8+04億美元。
ORNL目前雇傭了4600人，包括3000名科學家和工程師。ORNL每年接待3000名為期兩周或更長時間的訪問研究人員，其中約25%來自工業部門。每年接待遊客3萬人，加上進入大學前的學生1萬人。
ORNL每年的資金超過6543.8+0.65億美元，其中80%來自能源部，20%來自聯邦政府和私營部門的客戶。其2003財政年度首次超過1億美元。田納西大學巴特爾紀念研究所已經提供了數百萬美元來支持大橡樹嶺地區的數學和科學教育、經濟發展和其他項目。
ORNL計劃投資3億美元，為下壹代大型科學研究提供壹個現代化的場所。聯邦政府、州政府和私營部門提供的資金用於建設11新裝置，包括功能基因組中心、納米材料科學、先進材料表征實驗室和計算科學聯合研究所。
投資654.38+0.6億美元的散裂中子源SNS是世界上最大的民用科學項目，ORNL也因此成為世界領先的中子科學研究中心。[1]
研究領域
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ITER示意圖
ORNL的任務是開展基礎和應用研發，提供科學知識和創新方法解決技術中的復雜問題，提升美國在主要科學領域的領先地位；提高清潔能源的利用率；恢復和保護環境，促進國家安全。
隨著現代設施的建設使尖端研究成為可能，ORNL正在重新定位其未來的重大科學任務，涉及先進計算、先進材料、生物系統、能源科學、納米技術、國家安全、中子科學、研究設施和其他相關研究領域。
ORNL從事廣泛科學學科的研究和發展活動，ORNL在許多科學領域處於國際領先地位。它主要從事以下科學領域的研究，包括中子科學、復雜生物系統、能源、先進材料、國家安全和高性能計算。
1，中子科學
2.生物系統
3.活力
生物能源項目
電力傳輸技術
*能源效率和電力技術
能源效率和可再生能源
工業技術項目
美國參與了國際熱核聚變實驗反應堆項目。
4.新材料
催化基礎和應用研究中心
結構材料缺陷的物理中心
納米材料科學中心
高溫材料實驗室
工業技術項目
5.國家安全
6、高性能計算
7.納米技術
生物和納米系統組
納米應用中心
超導電線。
ORNL通過絕緣納米點的三維自組裝開發了壹種高溫超導導線。作為有效的磁通釘紮中心，分布在第二代厚膜超導生產線整個厚度上的納米點陣列滿足大多數實際功率應用的要求。2006年，這壹成果被專業雜誌《納米技術文摘》評為“最佳最佳”，被授予國際50強納米技術獎。2008年，該實驗室的Amit Goyal博士因開發這項技術而獲得了發明家獎。
-診斷(診斷)
ORNL正在開發和實施直接操縱轉錄過程的納米結構設備——憑借這種設備，細胞中的基因可以通過電子控制來誘導或抑制。在該方法中，使用透過細胞的納米電極作為細胞界面的納米功能，從而可以將束縛的遺傳物質引入細胞中，並通過在多尺度設備平臺上施加的外部刺激進行監控。這個研究平臺是了解單個細胞中單個基因功能的有力工具。
-納米發酵(納米發酵)
納米發酵使用天然金屬還原菌株來制造各種重要工程材料的定制單晶納米顆粒。細菌可用於工業生物加工制造混合金屬氧化物的發現，在大規模合成納米粉體方面取得了突破。顆粒的大小和形態可以通過集中的方法來控制，包括溫度、孵育時間和電子供體或某些化學添加劑的選擇。
使用熟悉和成熟的工業設備和簡單的發酵實踐，納米發酵在室溫或接近室溫下進行。這種菌株是完全天然的，沒有危險。操作過程可以在使產品滿足特殊需要的廣泛條件下進行，並且可以容易地按比例增加。納米發酵生產出極其精細、控制良好和堅固的結晶產品，具有廣泛的成分。
-納米強化小巷。
ORNL革命性的快速紅外加熱工藝受到控制，從納米晶粒細化到生產具有卓越抗拉強度和抗疲勞性的高性能鍛件。ORNL正與鍛造行業協會合作，將這項研發100獲獎技術商業化。
-超疏水材料。
ORNL開發了超疏水(防水)納米結構材料，有可能通過減少摩擦和腐蝕來減少能量損失。ORNL正致力於將基於超疏水氧化物的粉末商業化。這種粉末具有精確重復、每個顆粒表面尺寸高度均勻的納米特性。
這些功能塗有含氟化合物處理的單層。這些超級防水材料有許多通用和高級應用，包括減阻和傳熱增強的節能應用、新型傳感器和生物醫學應用。ORNL目前正在努力提高粉末的質量，並開發壹種粘合劑系統。
-實時表征。
ORNL開發了壹種技術，通過商用差示遷移率分析儀對氣相過程產生的納米粒子進行實時采樣。金屬氧化物顆粒和碳納米材料的生產技術已得到證實。該系統在Luna nanoWorks公司的等離子弧反應器中進行了測試。
納米科學與設備小組
納米科學和設備組是ORNL生命科學部的壹部分。其研究領域包括:吸收引起的應力、納米機電系統和微機電系統傳感器、納米尺度分子力學、界面物理化學、掃描探針顯微鏡和分子梳。
通過在這些領域的研究，建立了許多傳統上分離的科學領域的令人興奮的集成基礎，並且跨越了分子生物學、流體力學、量子力學和光子學之間曾經明顯的分界線。所取得的技術進步有可能造福人類，從改善癌癥的檢查和治療、探測地雷、人工恢復視力和聽力受損者，到保護平民和軍隊免受常規武器、核武器以及化學和生物武器的攻擊。
生物和納米組
國立橡樹嶺研究所
生物和納米尺度組的納米技術研究包括以下項目:使用納米類似物的納米傳感和驅動；用掃描探針光刻生物功能表面分子尺度；和生物分子界面納米尺度器件圖案化。這些項目旨在設計、構建和實現用於接口、模擬或表征生物系統的納米結構。
8.其他研究領域
除了主要的關鍵領域，ORNL還在以下科學領域開展世界級的研究:
化學科學領域
ORNL通過實驗、理論和計算進行化學方面的基礎和應用研究，包括:化學生物學、流體界面反應、結構和運輸、地球化學和水溶液化學、各種催化、激光光譜、質譜、材料化學、分子轉化和燃料化學、中子科學、聚合物、合成和表征、放射性材料表征、分離化學、表面科學和界面化學以及理論、建模和模擬。
核物理領域
研究的重點領域是:實驗方面，重點是重離子和原子物理；在理論研究方面，重點是核物理、天體物理和核心粒子界面的物理。[1]
事件編年史
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核裂變發現於1939
1942橡樹嶺被選為二戰曼哈頓計劃的會址。
1943年，世界上第壹座連續運行成本為12萬美元的石墨反應堆，經過9個月的建設，達到了臨界點。
1944年石墨反應堆生產鈈，為漢福德反應堆生產原子彈用鈈做準備，以結束二戰。
元素61(鉕)是在1945的石墨反應堆上發現的；首次在反應堆中進行中子散射研究(實驗者為厄尼·沃蘭和克裏夫·舒爾(右))；後者因在石墨反應堆方面的開創性工作獲得了1994諾貝爾物理學獎)。
1946年，反應堆產生的放射性同位素第壹次送到腫瘤醫院；提出了壓水堆的設想(後來用於核動力和潛水推力)；設計壹個輻射探測器和劑量計。
1947小鼠用於研究輻射對哺乳動物的遺傳效應；原子能委員會成立
1948是為了研究反應堆的燃料成分而設計的；材料實驗反應堆在ORNL設計，在愛達荷州建造。
Prex工藝於1949年在ORNL開發，後來成為壹種從全世界用過的反應堆燃料中回收鈾和鈈的方法。
1950橡樹嶺反應堆技術學校成立；低電流試驗堆的首次運行
1951，全屏蔽反應堆開始運行；測量中子半衰期；安裝5 MW靜電加速器
1952年，ORNL第壹臺重離子回旋加速器建成；根據對輻照過的老鼠胚胎的研究，ORNL警告對可能懷孕的婦女進行x光檢查；均相反應堆實驗的首次運行
1953年，世界上最強大的橡樹嶺自動計算機和邏輯機安裝在ORNL。ORNL是壹個為軍方設計的移動反應堆，用於偏遠地區。
ORNL生態計劃始於1954；測試ORNL實驗飛機反應堆:塔屏蔽裝置首次投入運行，為反向核平面計劃提供了數據，並首次利用兩種不同的反應物與分子束碰撞詳細研究了化學反應。
1955年，ORNL的小型“遊泳池”反應堆在聯合國和平利用原子會議上被贈送給艾森豪威爾總統。阿爾文·溫伯格被任命為ORNL的董事，這個職位持續了18年。
核糖核酸(RNA)發現於1956；展示第壹例骨髓移植。美國國家科學院委員會根據ORNL小鼠的數據預測了輻射對人類的遺傳影響。
1957在ORNL領導的影響下，決定了工作場所允許的醫療輻射水平和放射性核素；ORNL第壹個核聚變研究裝置建成了。
橡樹嶺研究堆於1958開始運行；在美國尋找高放核廢料儲存地的第壹次嘗試始於ORNL。
1959發現小鼠的雄性依賴於Y染色體的存在；ORNL的研究人員發現了美國第壹艘民用核動力船上使用的影子團隊防護罩。
1960年，做了個人輻射監測儀的口袋哨；壹項測量化學物質對小鼠遺傳影響的實驗計劃已經啟動。
1961年，研制放射性同位素加熱源，為空間衛星提供動力；嬗變摻雜法是在ORNL反應堆上發展起來的。然後用於制造電子元件。
1962開展輻射防護物理研究；完成研究反應堆；通過計算機模擬發現了離子通道效應。軍民研究計劃啟動；木凳上標有放射性同位素銫-137；分析表明，核武器實驗產生的放射性粒子是有害的。
1963輻射屏蔽信息中心成立；橡樹嶺同步回旋加速器的首次運行
1964，成為第壹個聘請社會科學家的國家實驗室(初期進行軍民兩用研究)；在聯合國大會上介紹ORNL核能海水淡化的概念
1965高通亮同位素反應堆(HFIR)和熔鹽反應堆運行(MSR)
1966石墨堆被命名為國家歷史性裏程碑；開發了用於評價核臨界安全的基諾蒙特卡羅程序。
1967沃克支流流域研究設施對生態系統研究開放；在國際生物項目下，ORNL被選中領導美國的生態系統研究；病毒是在ORNL高速離心機中分離出來的。開發了評估輻射屏蔽防護能力的仿真程序。
1968使用鈾233，運行第二個熔鹽反應堆(這是第壹個使用這種燃料的反應堆)；發明用於醫學診斷的快速離心分析儀；超純疫苗由ORNL研制的區域離心機生產；設計了壹種具有更好的抗中子誘發膨脹性能的不銹鋼合金。
1969年，利用新橡樹嶺電子直線加速器首次測量了中子截面。ORNL成為地理信息系統與遙感相結合的領導者；阿波羅11月巖收集器設計。
1970中提出了規模標準，有助於確保使用過的核燃料的安全儲存和運輸；ORNL第壹個用於等離子體物理實驗的托卡馬克聚變研究設施的運行
水生態實驗室成立於1971；獲取環境影響報告書所需的魚類最喜歡的水溫數據；在加速器研究中確定了變形鈾-234核的可能形狀。
1972節能研究計劃啟動；將小鼠胚胎冷凍、解凍，移植到母鼠體內，生出健康的幼鼠；在生物反應器中，發現菜園土壤中的細菌從工業廢水中去除硝酸鹽和稀有金屬；發現四極磁鐵振動很大；人們對這些核振蕩發生的模式進行了廣泛的研究。
65438年至0973年，分析了月巖的成分；超聲波魚標是用來測量和傳輸魚最喜歡的水溫的。
赫曼·波斯特馬在1974年被任命為ORNL主任，歷時14年；開發了鉻鉬鋼；在世界範圍內，它被用於電站鍋爐和煉油鍋爐。
1975年，發展了生態系統的計算機模型，使ORNL成為系統生態學的領導者。研制了壹種用於密封空間探測器核燃料的高強度銥合金。
1976橡樹嶺汙水處理廠安裝試驗性安流式生物反應器；啟動了壹項計劃，以提高從煤中生產液體和氣體燃料，並確定它們的生物效應。
吉米·卡特總統訪問了ORNL；；壹種為裂變能研究設備添加燃料的丸粒註入方法已被開發並在全世界廣泛使用。
1979 ORNL中性註入器幫助普林斯頓等離子體物理實驗室創下聚變等離子體溫度紀錄；ORNL幫助核管理委員會確定了三裏島核電站事故的原因和後果；發現乙基亞硝基脲是誘發小鼠突變的最有效的化學物質。在研究小鼠中發現，食品防腐劑中的亞硝酸鹽與食品和藥物胺發生反應，形成致癌的亞硝胺。
1980霍利菲爾德重離子研究設施(HHIRF)作為核物理用戶設施向公眾開放；國家小角散射研究中心開放後，HHIRF成為用戶設施；國家環境研究公園(12400畝)開放；發現離子註入新技術可以改善材料的表面性能。ORNL用氮離子植入鈦合金，制造壽命更長的人工關節；建立計算機模型，預測電站對哈得遜河魚類的影響；ORNL的研究人員開始了遠程控制技術的研究，並在制造承擔危險任務的機器人方面成為世界領導者。
1981年，晶須增韌和抗斷裂陶瓷被開發出來，並在工廠中用作切削工具。
1982年，為了提高冰箱和熱泵的效率，制定了標準，擬定了設計；絕緣標準由聯邦政府制定並采用。開發了壹種改進的鎳鋁化物合金，用於鋼和汽車零件的商業生產；聚變能源研究人員在大型線圈測試設備上成功測試了超導磁體。二氧化碳信息分析中心成立，這是世界著名的全球變化數據存儲中心。
1984年，利用菠菜和藻類中的光和作用，開始了從水中產生巨大能量的氫的實驗。
1985用碘123開發脂肪酸用於心臟病的醫學掃描診斷；田納西大學和橡樹嶺國家實驗室建立科學聯盟；已經開發了膠鑄，並且現在商業上用於形成微渦流理論陶瓷部件。
1986年，ORNL確定了切爾諾貝利核電站事故發生的時間，以及釋放出如此多輻射的原因。
1987高溫材料實驗室開放，作為尋求制造節能發動機的工業研究人員的用戶設備；激光用於制造高溫超導材料；鑒於能源部對實驗室反應堆安全管理的關切，ORNL的所有反應堆都已關閉。
1988年，為了開展聚變能研究，利用恒星模擬器啟動了高級環裝置；Alvin Trivelpiece被任命為ORNL的主任，任期為12年。
1989為核管會提供了《壹般環境影響報告書》初稿，用於核發核電廠運行許可證。
1990對ORNL酸雨的研究導致了對工業中硫和氮氧化物排放的控制；原子序數襯度電子顯微鏡看到的是壹列列原子；計算機代碼幫助部隊在戰場上更好地部署部隊和裝備；證實中子中存在誇克
1991年HHFIR上的中子活化分析否定了壹位美國總統死於砷中毒的說法。編寫軟件，通過連接分散在各處的PC來解決問題。
喬治·布什總統訪問了ORNL；；發明錸188同位素發生器，治療全球癌癥和心臟病患者；發明薄膜微型鋰電池；發現並克隆小鼠刺痛豚鼠的基因；發現突變基因導致肥胖、糖尿病和癌癥；圖形輸入語言(GRAIL)被開發用於在計算機上識別DNA序列中的基因。
1993年，發明了光學活檢技術，不用手術就能發現食管內的癌和腫瘤。UT-ORNL位列超級計算機500強。
1994發明了“芯片上的實驗室”，現在用於蛋白質分析和藥物發現實驗；發明了檢測汙染物、爆炸物和蛋白質的質譜技術；開發聯盟軟件，讓壹群機器人協同工作；該代碼是為在新的並行超級計算機上運行未來氣候模型而準備的。
1995入手英特爾Paragon XP/S 150；，當時世界上最快的超級計算機；發明了制造高溫超導導線的RABiTSTM方法。為超級計算機開發超高速數據存儲和檢索系統；ORNL的DNA蛋白質晶體隨著哥倫比亞號航天飛機在宇宙中生長；為海軍開發了壹個信號分析系統來探測過往的潛艇。
1996大眾冰箱型號改造，能耗減半；人們發現，石墨泡沫導熱非常好。設計心跳探測儀，發現藏在車內的恐怖分子和犯罪分子；壹個可搜索的電子書窗口幫助合作者通過互聯網進行實驗。
1997開發了測試俄羅斯武器級鈾轉化為反應堆級燃料的設備；幫助海軍發現生化威脅的質譜儀的初步設計:首次批準基因設計的微生物產生VITALE來增強受損錄像帶的信號，幫助警方解決犯罪問題；世界上最大的分水嶺實驗顯示了幹旱和暴雨對森林的影響；首次獲準發表通過基因工程獲得的微生物。
1998發明了MicroCAT掃描儀；繪制突變小鼠的內部變化圖；室外人臉實驗表明，橡膠樹在CO2濃度較高的大氣中生長較快。ORNL的技術幫助半導體公司找到導致計算機芯片缺陷的問題。
1999戈爾副總統在散裂中子源奠基儀式上講話；發明多功能生物芯片，快速檢測人類疾病；進行合金研究導致造紙廠升級或新鍋爐，使它們更安全。
2000年，比爾·馬迪亞被任命為ORNL主任；兩臺新的超級計算機投入運行；ORNL在國際蛋白質結構預測大賽65，438+000強中排名第四；天納西大學-橡樹嶺國家實驗室開設國家交通研究中心；開發帶熱泵的節能熱水器；ORNL幫助測序三條人類染色體；聚變能源理論家開始設計準磁極星模擬器。
2001年，HHFIR在更換銩反射器和增加研究樓後再次投入運行。為半導體公司設計了全息圖，直接對數字檢查三維缺陷；GRAIL被用於《科學》和《自然》中關於人類基因組測序的裏程碑式論文。能源部長Spencer Abraham訪問了ORNL，並將能源部的土地轉讓給ORNL進行新的建設。與工業夥伴壹起開發超導變壓器和高溫超導電纜。
2002年ORNL-克雷夥伴公司最快的超級計算機目標；UT-ORNL計算機科學聯合研究所破土動工；3億美元的現代化計劃開工建設；能源部批準在ORNL建立納米相材料科學中心；展示在人類生活之窗的ORNL能源技術；錒-225從ORNL運到醫院治療白血病。
傑夫·沃茲沃斯自2003年8月6日起擔任橡樹嶺國家實驗室主任。
2003年私人資助的設施:將在能源部轉讓的土地上建造壹個300，000平方英尺的最先進的能源和計算科學實驗室。