歷史
美國橡樹嶺國家實驗室標識在第二次世界大戰期間（1943年），為了趕在德國之前造出核子彈，美國啟動“曼哈頓工程”，橡樹嶺國家實驗室就是該工程的重要組成部分。
一年之內，在一片荒無人煙的不毛之地建成了一座秘密城市“橡樹嶺”以及用於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。即使在現在，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。
簡介
美國橡樹嶺國家實驗室20世紀50年代和60年代期間，橡樹嶺國家實驗室（縮寫為ORNL）是從事核能和物理及生命科學相關研究的國際中心。70年代成立了能源部後，使得橡樹嶺國家實驗室的研究計畫擴展到能源產生、傳輸和保存領域。到21世紀初，該實驗室用和平時期同樣重要但與曼哈頓計畫時期不同的任務支持著美國。
橡樹嶺國家實驗室的任務是開展基礎和套用的研究與開發，提供科學知識和技術上解決複雜問題的創新方法，增強美國在主要科學領域裡的領先地位；提高潔淨大量能源的利用率；恢復和保護環境以及為國家安全作貢獻。
橡樹嶺國家實驗室現有雇員3，800多人和客座研究人員大約3000人。客座研究人員每年在橡樹嶺實驗室工作2周或更長的時間。其2003財政年度的經費首次超過10億美元。田那西大學——Battelle紀念研究所每年提供120萬美元，用於支持橡樹嶺地區的數學和科學教育、經濟開發和其他項目。
橡樹嶺國家實驗室許多科學領域在國際上處於領先地位。它主要從事6個科學領域方面的研究，包括中子科學、能源、高性能計算、複雜生物系統、先進材料和國家安全。
大事記
| 1939年 發現核裂變 1942年 橡樹嶺被選為二戰曼哈頓計畫的場地 |
主要研究領域
中子科學、化學與放射化學技術、複雜生物系統、能源科學、工程科學與機器人、環境科學、高效計算、數學、測量科學、物理和化學科學、模擬科學、國家安全。
回旋加速器
回旋加速器ORIC是一台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於1938年提出。等時性是指通過徑向增加磁場以補償離子質量相對論性增加所得到的沿軌道繞轉的恆定頻率。因為徑向增加磁場使束流散焦，為環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生放射性離子束的驅動器，給位於放射性離子束注入器平台的靶-離子源裝置提供強質子、氘核和a粒子。靶反應產生放射性原子，然後離子化和加速。
脈衝中子源
脈衝中子源概念圖橡樹嶺電子直線加速器（ORELA）脈衝中子源是個大功率以電子加速器為基礎的中子源，它提供強中子毫微秒脈衝，每個脈衝里有能量在10e-03 - 10e08 eV的中子。ORELA每年大約運行1200小時，是個用戶裝置，對大學、國家實驗室和工業界的科學家開放。
在這一裝置上可進行許多類型的中子截面測量（總的、俘獲、裂變、彈性、散射以及伽馬射線和中子產生），能量解析度極好。採用飛行時間方法確定相互作用的中子能量。還進行探測器的標定和探測器對中子的回響測量。中子通量峰值約1 MeV時，利用ORELA進行許多類型的輻射損壞和活化研究最為理想。
該裝置由一台180-MeV的電子加速器、中子產生靶、200米長通向地下探測器位置的隱藏真空飛行管、許多複雜的探測器、數據獲取和分析系統組成。中子由來自鉭輻射器的韌致輻射產生。慢化的或非慢化的中子都有，光譜的形狀由可移動的濾波器進行進一步的修整。脈衝寬度為4-30毫微秒，重複率每秒為12-1，000個脈衝。世界上還剩一台類似ORELA的裝置，在比利時。
實驗設施
建築技術中心建築技術中心 有近20個複雜的實驗設施和裝置。這些設施和裝置不僅為本實驗室的科學家和工程師服務，而且對美國的大學、工業界和其他的國家實驗室以及國外研究機構的研究人員開放。同時，通過將不必要的重複勞動降低到最小程度，促進科學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，推動國家的研究與開發，並完成能源部的任務。
生物處理研究設施
生物處理研究設施系指採用攪拌罐、桶狀反應堆和用於大規模批量和桶型實驗的發酵實驗生產裝置，研究先進生物處理方案的實驗室組合體。研究與開發活動包括（但不局限於）飼料養分的預處理和分離、微生物培育分類和改進以及基因控制；微生物和酶的定位、先進生物反應堆原理；垃圾生物處理、處理可行性和按比例擴大、先進分析原理、生物處理檢測和控制以及生化分離。
建築技術中心
用於中子科學的鐦用戶裝置建築技術中心確定、開發和推廣可持續性和能源效率高的建築技術和系統。該中心為美國建築業提供建築外殼、加熱和冷卻以及設備的測試和分析訣竅。其他研究領域為監測和系統分析現有的建築工作。
用於中子科學的鐦用戶裝置
用於中子科學的鐦用戶裝置是個採用緊湊型（手指大小）鐦-252中子源容器的獨特中子輻照裝置。這些中子源為能源部鐦-252分配計畫儲存在鐦用戶裝置。有兩個沒污染的熱室研究人員可以進入和組裝實驗設備，之後是能放射出大於1011中子/秒的鐦-252中子源，這些中子源可用於輻照。快中子譜（平均能量約為2.1 MeV）可調製到熱中子譜，小樣品容積可由大於108 cm-2 s-1的熱和/或快中子通量輻照。相應的伽嗎劑量比中子劑量小得多。利用鐦用戶裝置的實驗避免了在規章和放射性方面對中子源進行監管和處理的考慮。
工業創新計算中心
由於ORNL的計算能力，該工業創新計算中心的用戶們利用它的計算能力，解決以前因計算能力不足或沒有適當的軟體而無法解決具有挑戰性與工業有關的問題。
冷卻、加熱和動力集成實驗室
冷卻、加熱和動力集成實驗室是使來自工業界、大學和其他研究機構的研究人員為建築申請對分散式能源產品和系統進行測試的設施，它可使開發者進行性能和可靠性測試。
燃料、發動機和排氣研究中心
燃料、發動機和排氣研究中心燃料、發動機和排出物研究中心專門詳細描述內燃發動機的排出物和效率，其綜合能力包括半敞開的發動機排氣模擬器，各種各樣的功率計和車輛。該中心有幾個專用診斷和測量工具，還包括許多旨在協助開發和評估發動機和排氣控制技術的美國其他設施少見的工具。
高通量同位素反應堆
高通量同位素反應堆是一台多用途85-MW同位素製備反應堆，具有進行各種輻照實驗的能力和設備。它的峰值熱中子通量為2.6×1015中子/厘米2/秒，在西方世界最高。高通量同位素反應堆是個鈹反射輕水冷卻和調製通量 – 俘獲型游泳池式的反應堆，採用濃縮鈾235作為燃料。一個燃料周期通常為85-MW時全功率運行23 – 27天，然後停機約4 -7天。
高溫材料實驗室
高溫材料實驗室提供最先進的表征確定表面和大部分材料在分子水平組成和微結構的儀器設備；測量在各種環境條件下的機械性能，特別是生命預期研究，在模擬使用條件下蠕變和疲勞實驗，以及微機械測試和分析；用於對材料變化、結構、穩定度、反應和通過現場衍射膨脹的高溫和室溫研究；通過衍射方法，測量剩餘應力和結構（極性圖）；為各種各樣的樣品如塗層、薄膜、複合材料等提供大量獨特的高溫熱傳遞和熱分析設備；利用裝有儀器的磨床研究最佳研磨參數，並對加工過的部件進行精密測量，以及進行摩擦和磨損研究。
Holifield放射性離子束裝置
高溫材料實驗室Holifield放射性離子束裝置提供高質量短壽命放射性同位素束流。橡樹嶺等時性回旋加速器產生的強輕離子束打擊高耐熔靶時，產生這些同位素。放射性同位素從產生靶裂變出來，離子化，形成束流和所選的質量。然後放射性離子束被注入到25-MV的串聯加速器 – 世界上電壓最高的靜電加速器，供核反應、結構和天體物理研究。
金屬處理實驗室用戶設施
金屬處理實驗室用戶設施提供專門設備，用於研究材料合成（熔融、鑄造和粉末冶金）；變形處理（鍛造、軋制、擠壓成型和熱機械處理）；材料表征（機械性能、斷裂力學、非損傷性檢查、腐蝕、計算機控制膨脹計分析（淬火、變形和低溫），以及資料庫生成；連線（焊接、銅焊、粘合以及固化監視和控制）；利用世界上一些最大型的並行計算機和ORNL人員開發出的計算代碼，進行數學模擬（預測熱梯度、熔化的金屬流動、相平衡、固化率、張力分布、剩餘應力等）。使用陶瓷和複合材料的大量經驗，也給金屬處理實驗室用戶設施提供將金屬處理技術用於對開發最終使用產品感興趣的更為普通的材料方面的主要優勢。
老鼠遺傳學研究設施
Holifield放射性離子束裝置的注入器該設施包括大約800支標準的或變種的實驗室老鼠。在這800種老鼠中，目前養著350種，其他450種作為冷藏胚胎、精子和/或卵巢放著。50多年來，老鼠遺傳學研究設施吸引了高水平的老鼠遺傳學者和分子生物學家利用這些資源開展進本研究，分析基因功能和確定老鼠中類似人類遺傳疾病的原形。
國家運輸研究中心
建立國家運輸研究中心的目的在於開發和評估先進的運輸技術和系統，利用組先進的硬體和計算技術，解決國內和國際意義的問題，譬如空氣品質下降、對不穩定石油供應的依賴、交通擁塞和高速公路的安全。左圖為一輛重型卡車撞上路旁障礙物。
橡樹嶺國家環境研究園
橡樹嶺國家環境研究園是一個戶外研究室，有幾個野外研究場地。場地上有維護和支持設施，足以能夠進行複雜的備有儀器的環境實驗。在這些儀器中，有精細的監視系統，它們能夠使使用者在延長期內精確地測量環境因子。園中的各種場地為水中和陸地的生態系統分析，像生產能源設施產生的污染物的生物地球化學的循環、地形的改變、森林和野生動物管理。因園區受聯邦政府管轄，所以土地和水資源的完整性，以及為動的土地的保存得到保障。
橡樹嶺電子直線加速器
橡樹嶺電子直線加速器被用來產生強毫微秒中子脈衝，脈衝的能量在10-3 eV to 108 eV之間，用於廣泛的實驗。利用飛行時間技術，可以對許多不同種類的中子反應進行研究，解析度和精確度都很高。目前該加速器的項目集中在基礎和套用核物理的研究方面。在離中子源9和200米之間的距離處的10 個撤離的飛行道上，可同時進行實際上屬獨立的實驗。
物理性能研究設施
物理性能研究設施專門用於測量生理化學特性的，這些測量可以獲得獨特的數據，模擬產生基礎物理特性，評價它們對工業工藝最佳化的影響。
功率電子學和電動機械研究設施
國家運輸研究中心功率電子學和電動機械設施因其開發和製造先進功率轉換器、可調速驅動器和電動機械的樣機，以及功率傳輸和分配的研發、功率的質量、效率和測量方面的專門技術而得到世界的承認。中心提供功率轉換器布局、熱管理、最大程度的降低電磁干擾和減少空間和重量的裝配技術、以數位訊號為基礎的馬達驅動器控制技術、系統能量管理、飛輪能量儲存套用和超高速驅動套用方面獨特的專門技術。
共享研究設備合作研究中心
共享研究設備合作研究中心在穿透電子顯微鏡方法、掃描電子顯微鏡方法、原子探頭場離子顯微鏡方法和機械性能微分析方面提供最先進的能力。
生物醫學
50多年來，美國能源部生物和環境研究局醫學科學處將與能源有關的基礎科學的研究成果套用於先進的醫學研究。現在，ORNL在先進生物醫學技術（ABT）方面的研究項目真地將能源部物理、化學、工程、數學和基因組科學的驚人進展結合在了一起。
這一進展的核心是能源部國家實驗室的制度，這種制度是作為美國獨特的科學設施和訣竅而成功地建立的。幾十年來，能源部所屬國家實驗室都巧妙地將自由探索科學與學科項目管理平衡起來。這裡描述的項目顯示出使生活變得更好與能源有關的研究的巨大潛力。
1993年以來，生物和環境研究局在醫學科學處內部發起先進生物醫學計畫。先進生物醫學技術支持基礎工程研究，利用能源部所屬國家實驗室的獨特資源和訣竅，開發創新性的醫療技術。先進生物醫學技術研究支持解決高風險醫學技術問題的多學科、多機構的研究項目。研究最終導致開發出醫療器械和醫療技術，這些醫療器械和技術轉讓給國家衛生研究院進行臨床實驗，或轉讓給工業部門進行進一步開發。
目前（2009年）在先進生物醫學技術研究領域的研究由以下項目組成。這些項目利用從核醫學、天文物理等得到的技術，提供改進研究方法和治療的新工具，成果豐碩。研究項目的計畫建立在能源部其他計畫如國防、環境和物理開發出來的可用於醫學套用的技術基礎之上。
主要成就
反應堆化學——鉕的發現
Charles Coryell1914年，第一次世界大戰中在戰鬥中陣亡的前一年，其工作影響元素在周期表中最後排序 才華橫溢的英國物理學家證明在稀土釹和釤之間應該存在元素61。1941-42年美國化學家們試圖造出元素61，但不能證明已經造出這一元素。
1945年，在Charles Coryell的領導下，工作在石墨反應堆上的化學家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樓里工作，利用離子交換色層法，首次從化學上鑑定了元素61的兩個同位素。
Marinsky和Glendenin在1947年的美國化學學會會議上宣布了他們在化學上證明元素61 的存在。1948年，他們在馬省理工學院工作時建議將元素61“鉕”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化學聯合會所接受。
鉕是在地球地殼中沒有發現發射β的放射性金屬，在仙女座中一個星的光譜里看到了它。鉕147用於飛彈中的儀器核動力電池。
核醫學——疾病的診斷和治療
製備放射性同位素將ORNL產生的放射性同位素轉變為可恢復人體健康的試劑是ORNL核醫學研究人員長期以來的奮鬥目標。二十世紀七十年代中葉以來，在Russ Knapp的領導下，他們開發出用於醫學掃描診斷心臟病的放射性成像試劑。該試劑已經在全世界350，000病人研究中經過了試驗，現在，在日本和俄羅斯進行工業化生產，並用於治療無數的心臟病患者。ORNL試劑是用放射性碘做標記的脂肪酸，可用來探測心臟病發作後心肌有多少還活著，預測搭橋手術或氣球狀的血管成型術是否會恢復所有血液流通。
1993年，ORNL小組開發出鎢188/錸188同位素生成器，在ORNL試驗放射性試劑，並確定了在美國和國外的臨床試驗。試驗表明錸188（從鎢188衰變而成）可緩解癌症誘發的骨和肝痛以及關節炎患者的發炎，還可防止氣球狀的血管成型術后冠狀動脈中滑肌細胞的形成（心瓣再狹窄），減少重複氣球狀血管成型術的需要。
ORNL的Saed Mirzadeh和他的同事們所開發出來的放射性同位素生成器為白血病患者正在提供成功的治療。ORNL存有鈾233。該同位素衰變形成錒，在ORNL生成器里送到世界上的研究場所。在紀念Sloan-Kettering 癌症中心，將用從錒225衰變獲得的鉍213做標記的抗體注入患有急性髓細胞白血病的患者。鉍同位素破壞造成患者病危的血細胞。
光合作用——發現光
對研究綠色植物細胞和輻射有興趣的幾位ORNL的生物學家集中研究了光合作用。在這一過程中，植物利用光作為能源，從空中的二氧化碳和水合成碳水化合物（細胞組織）。右圖：James Lee幫助說明了光照水中的藻類可通過光合作用產生氫。
William Arnold和Robert Emerson在率先的研究中發現了光和單元，導致Arnold 1966年發現滯後的光，國際上承認其為光合作用中的一個基本發現。（Arnold還因創造被廣泛用來描述原子核分裂過程的術語“核裂變”而出名。）Roderick Clayton為光合作用第一步的電子學性質提供了證據。
七十年代和八十年代，Robert Pearlstein開發了描述綠色植物和細菌的葉綠素觸角晶格中光能量遷移的理論模型。後來在八十年代，Elias Greenbaum和他的ORNL的同事Perry Eubanks、Jim Thompson、Mark Reeves和Ginger Tevault利用菠菜後來又用藻類中的光和作用將水分子分裂產生氧和富能氣體氫。1985年，Greenbaum展示了光合作用電子與鉑金屬納米粒子的直接電器觸點；這一工作特刊登在《科學》雜誌的封面上。1995年，Greenbaum與Ida Lee和James Lee合作，發現了隔離的光系統I反應中心的二極體特性。2000年，繼續進行這一工作，首次測量了隔離的光合作用反應中心的光電壓。
2002年，Greenbaum和他在ORNL及南加州大學的助手們研究了使用光合作用反應中心為法律上失明的盲人恢復視力問題。ORNL只有少數幾個光合作用的研究人員，但他們都為這一領域作出了顯著貢獻。
現任所長
Jeff Wadsworth2003年8月1日起，Jeff Wadsworth擔任橡樹嶺國家實驗室現任所長。他是國際上公認的冶金學家，曾任位於俄亥俄州首府哥倫布市Battelle紀念研究所的執行長，集中從事能源部科學計畫、技術轉讓和國土安全方面的工作。
1980年-1992年，在Palo Alto研究實驗室為洛克希德飛彈和空間公司工作。2002年8月到Battelle紀念研究所工作之前，任勞論斯·利弗莫爾國家實驗室負責科技的副所長。2003年，他因在開發先進材料和超塑性，以及在確定大馬士革和其他鋼種的歷史和產地所做出的突出貢獻，和在科學上維護國家安全方面的廣泛主導作用而被選為美國科學進步協會的會員。
