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橡树岭国家实验室:从原子弹“摇篮”到军民两用研究基地
2019-03-18 08:29:33 来源: 科技日报
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  橡树岭国家实验室利用3D打印技术,打造了一辆汽车和一间房屋,这辆汽车使用的电池能够与这间房屋配对,而房屋则由屋顶的太阳能板提供能源。图片来源于网络

  在美国田纳西州东部有座二战时期的“秘密城市”——橡树岭市,这里生产了世界上第一枚用于战争并投放于日本长岛的原子弹“小男孩”。

  作为世界上著名的核能实验室,美国橡树岭国家实验室的前身就诞生于此,为原子弹研制作出了巨大贡献。

  虽出身于战争需求,和平时代的橡树岭国家实验室仍延续着守卫国土安全、迎难而上的精神,紧密围绕美国国家利益和重大需求,在中子科学、复杂生物系统、能源、先进材料、国家安全和高性能计算等领域领航全球。

  不毛之地成秘密基地

  时间追溯到1941年12月,日本偷袭珍珠港,给了美国沉重一击。不久之后,美国正式加入第二次世界大战。为了争夺先机,美国启动了“曼哈顿计划”,开始实施利用核裂变反应研制原子弹。

  作为曼哈顿工程的一部分,1943年2月,在田纳西州诺克斯维尔以西30公里处的克林顿小镇,从事核武器试验研究的橡树岭国家实验室(原称“克林顿实验室”)破土动工了。

  一年之内,成千上万的工人涌向这片荒无人烟的不毛之地,海量的建筑材料从四面八方运来,房屋、市政设施拔地而起。历史资料显示,此后的很长一段时间内,公开出版的地图上是找不到橡树岭市的,更别说橡树岭国家实验室了。不仅如此,这座“秘密之城”的所有入口均设有岗哨,工人们被要求宣誓保密,每个人只被告知需要执行的具体任务,大部分工人都不知最终生产的产品为何物。据相关媒体报道,一位女性工人直到50年后在一次公开巡展上看到自己当时的照片,才明白自己一直以来做的是什么。

  彼时,几个实验项目同步进行,包括分离铀-235(代号“Y-12”)、以超大规模设备低成本分离铀-235(代号“K-25”)以及石墨原子反应堆(代号“X-10”)等,橡树岭国家实验室便以“X-10”为主,将浓缩铀通过石墨反应堆生成另一种原子弹装料钚材料。

  二战之后,武器级钚的需求下降,实验室人员便不再参与核武器生产,转而致力于民用的科学研究。1946年,在“X-10”反应堆设施中生产出了第一批医用同位素。资料显示,截至1950年,近2万份核材料从原子弹的“摇篮”走入了各个医院的X光检查室。

  科技创新应用横跨“军”“民”

  在美国“财大气粗”的能源部支持之下,橡树岭国家实验室每年可获得十几亿美元的经费,建有纳米材料科学中心、基因科学中心、世界上最大的超级计算机中心等全球领先的科学研究设施,设有高通量同位素反应堆等多个核科学实验室,负责美国最大的民用科学研究项目——散裂中子源(SNS)项目,该项目由6个国家实验室共同合作建设而成,耗资14亿美元。

  经过70多年的发展,橡树岭国家实验室已经演变成了一个大型综合性研究基地。橡树岭国家实验室如今拥有近5000名员工,其中包括约3000名科学家和工程师,每年接待近3000名访问学者或客座人员,访问时间为期2周或以上,其中25%左右的人员来自工业部门。

  诞生于军事需要,成长于富足的科研资源之中的实验室也从未忘记过它的使命和责任。在基础的科学研究之外,同时发展军民两翼的成果技术转化。

  据报道,2018年底橡树岭国家实验室与美国工业界合作开展多个新项目的研究,靶向寻找现有反应堆的潜在改进方法,获得更适合商用的核能技术。为了集众家之力,美国能源部承诺为参与公司提供渠道,可利用橡树岭国家实验室的核专家和核设施。

  橡树岭国家实验室不仅在“老本行”上传承并“翻新”,还在前文提及的多个领域大力推进民用技术,也与军方保持着合作关系。

  众所周知,潜艇一直是耗资巨大的工程,各国海军都在竭力寻找降低成本的方法。2017年7月,橡树岭国家实验室与美国海军颠覆性技术实验室合作,开发出美军的第一个3D打印潜艇船体。据称,该技术最高可降低90%的成本。橡树岭国家实验室还将材料科学研究成果应用于国防任务,生产出具有传热能力的石墨泡沫,有利于单兵武器在炎热的环境中散热。

  一路走来,橡树岭国家实验室的成长堪称传奇,这个“巨无霸”实验室也正吸引着全世界的科学家。它的未来,也许将是下一代大科学园区。(于紫月)

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【纠错】 责任编辑: 张樵苏
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