编辑:本刊见习记者 唐凤 来源: 发布时间:2012-1-15 12:17:15
橡树岭:一片不毛之地的蜕变

 
第二次世界大战期间,美国田纳西州东部一片荒无人烟的地方,在“一夜之间”建成了一座神秘的城市——“橡树岭”。在很长一段时间里,人们在公开出版的地图上无法找到这座城市。
 
1945年,美国在广岛投下的原子弹“小男孩”就生产于这里的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,简称ORNL)。橡树岭国家实验室是美国能源部所属的一个大型综合性国家实验室,由非营利性的私营组织——田纳西大学与Battelle纪念研究所组成的UT-Battelle有限责任企业负责管理实验室日常事务。
 
橡树岭国家实验室是美国乃至世界最有名的核能实验室之一,也是美国能源部下属的最大、最多样化的综合性国家实验室。作为世界上首屈一指的科学研究中心,橡树岭国家实验室构建起了沟通科学与工业技术的桥梁,锻造了美国国家防御体系。
 
到今天,橡树岭国家实验室已经走过了近70年的沧桑岁月,回望过去,历史记录下了它每一步的成长之路。
 
成功的十字门
 
与阿贡国家实验室一样,橡树岭国家实验室的诞生也是源于战争需要。
 
第二次世界大战期间,美国为了赶在德国之前制造出原子弹,于1942年6月启动了利用核裂变反应研制原子弹的计划,即“曼哈顿计划”( Manhattan Project),橡树岭国家实验室的前身正是该工程的一部分。
 
实际上,橡树岭国家实验室诞生在霸权和铁血政策的压力之下。当时正值二战的关键时刻,一旦纳粹德国首先研制出原子弹,历史便可能被改写,整个世界都将被笼罩在纳粹的铁拳之下。“曼哈顿计划”的重要性和紧迫性毋庸置疑。
 
当时的“曼哈顿计划”几乎代表了美国乃至世界科学的最高水平。自20世纪30年代法西斯独裁者取得政权以来,欧洲、非洲等一些科学家纷纷逃离祖国来到美国,其中包括阿尔伯特·爱因斯坦、恩里科·费米、爱德华·泰勒、利奥·西拉德、约翰·冯·诺伊曼、尤金·魏格纳等世界著名科学家。
 
这些卓越“头脑”们的加入,极大地推动了核能研究,核武器的发明不仅改变了20世纪的世界历史,也显著影响了橡树岭国家实验的命运。
 
可以说橡树岭国家实验室起源于三个不同的地方:纽约长岛——爱因斯坦的度假屋;华盛顿特区——白宫行政办公室;美国本土以及海外的众多大学实验室,尤其是芝加哥大学。
 
有橡树岭国家实验室“守护神”之称的、两届诺贝尔物理学奖获得者尤金·魏格纳出生于匈牙利,20世纪30年代深受纳粹迫害的他无奈移民美国。
 
1939年,两个德国化学家发现了铀核裂变,魏格纳认识到,这一发现可能会导致大规模杀伤性武器的出现。由于担心纳粹德国开始计划发展核武器,魏格纳与西拉德等科学家一起游说美国政府支撑对核裂变的研究。
 
但是,当时美国当局并没有重视魏格纳等人的建议,于是他们决定向爱因斯坦寻求帮助。1939年7月,魏格纳与西拉德开车来到爱因斯坦位于长岛的度假屋,向他说明美国比德国快一步研制出原子弹的重要性。
 
“那半分钟简直不可思议。” 魏格纳后来回忆道,爱因斯坦用半分钟认识到整个问题的严峻性,并亲自给白宫写信,这有力地推动了核裂变项目的启动。
 
美国联邦政府决定出资6000美金支撑核试验项目,并决定建立一个由科学家和政府官员共同组成的委员会负责资金的管理。这些为后来橡树岭国家实验室的成立埋下了伏笔。
 
1941年底,日本袭击珍珠港,太平洋战争爆发,美国加快了研究核武器的步伐。美国决定开发新的核研究实验基地,并将目标锁定于田纳西州安德森县和罗恩县的一座城市——橡树岭市,将它作为铀同位素分离工厂基地。
 
橡树岭市得名于一条辽阔幽深的山谷——黑橡树岭山谷(Black Oak Ridge)。当时河流环绕,群山围抱的橡树岭市并不为人所熟知。直到1942年初,美国陆军工兵部队将黑橡树岭山谷向北,克林奇河(Clinch River)以南的约59,000英亩(约146,000公顷)的土地划定为美国三个国家原子弹试验基地之一,用来建设大规模铀分离装置和钚生产试点。
 
随后,数以千计的科学家、工程师和工人涌入橡树岭市,在那里建成了三座核设施:代号为“Y—12”的设施主要用于分离铀-235;代号为“K—25”的设施则通过超大规模设备用更为经济的方法分离铀-235;代号为“X—10”的设施为石墨原子反应堆。直到今天,许多建筑物上还留有当年的代号。
 
1943年11月4日,费米主持完成了“X—10”的石墨反应堆的建设。到1943年底,实验室主体设备建造完成。作为大型钚(94号元素)的生产、实验基地,“X—10”又被称为克林顿实验室(Clinton Laboratories),由Martin D. Whitaker出任所长,而克林顿实验室就是橡树岭国家实验室前身。
 
1945年8月6日,克林顿实验室的名字写进了历史。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”便诞生于“Y-12”核武器工厂。
 
冠名“国家”
 
原子弹爆炸后不久就传来日本投降和战争结束的消息。同盟国的胜利固然令人振奋,但是克林顿实验室的工作人员却似乎慢慢失去了“能量”,几乎所有科学家都承认自己开始感到迷茫和懈怠。
 
“战争结束的时刻已经到来,而克林顿实验室将面临管理变革的阵痛。”
 
实际上,在1945年7月,第一颗原子弹投下前一个月,美国芝加哥大学就退出克林顿实验室的管理合同,美国军方选定孟山都化学企业作为新的运营商,负责克林顿实验室的管理。
 
同时,实验室许多科学家已经计划返回大学,继续进行自己战前的研究课题。这些重大变化将“克林顿实验室会变成一个怎样的实验室”这一根本性问题推到了大家面前。
 
克林顿实验室工作人员成功完成了生产原子弹的战时任务,但是在和平时期实验室的作用和前景却并不明朗。但是,魏格纳认为,即使战后,克林顿实验室也确实有前途,早在1944年年底,他就起草了一份文件,计划战后将实验室扩大为与反应堆技术相关学科的核研究实验室 。
 
1947年,原子能委员会从曼哈顿陆军工程特区继承了当时芝加哥冶金实验室的两个研究分支——也就是后来的橡树岭国家实验室和阿贡国家实验室,开始计划将他们打造成“国家实验室”。
 
但是当时并没有人知道国家实验室究竟应该是什么样子。在当时的环境下,原来的核武器研究机构被希翼能够肩负起和平利用和开发核能的重担。
 
橡树岭国家实验室原所长Alvin W. Weinberg提到,对于实验室的命名,选择称呼它们“国家实验室”并非“原子能实验室”显示了原子能委员会的卓识远见。因为,即便是一所非常重要的核能实验室,一旦核能问题得到解决,并成功进行商业化转移后,便不再受到重视,甚至难逃被关闭的厄运。“而相比之下,一所以国家冠名的实验室,凭借它的名字便能或多或少保住其‘不朽’的地位。” Weinberg说。
 
1947年克林顿实验室更名为克林顿国家实验室,1948年正式被命名为橡树岭国家实验室。
 
尽管还存在管理上的动荡,但橡树岭国家实验室在魏格纳的领导下开始致力用于和平的核能研究。魏格纳表示,要将橡树岭国家实验室发展成为“服务于美国全体民众”的主要实验室之一。
 
而以国家冠名,也意味着实验室要以国家利益为重,其研究领域也开始涉及能源,环境,国家防御,产业竞争力和基础科学等众多方面。
 
橡树岭国家实验室改变了美国,甚至是世界的历史。作为一个卓越的、有时又略带神秘的综合性实验室,橡树岭国家实验室将工业、科学、教育等完美地糅合在了这所位于田纳西州乡间孤立的建筑园区里。
 
走上新旅程
 
自美国田纳西州诺克斯维尔市向西不到1小时的车程,便可抵达橡树岭市。今天,被山岭环绕的橡树岭市虽然人口不到3万,却也早已不复过去的荒凉。
 
但是,这里的市中心至今仍多为其貌不扬的平顶建筑,除了来往汽车外,路人稀少。复旦大学环境科学与工程系副研究员马臻提到,市中心纵横交错的几条街内集中了购物中心、医院、旅馆、饭店、教堂、图书馆、公园、博物馆、健身中心、影片院等公共设施。“橡树岭国家实验室像个基地,而市中心的功能就是为基地提供后勤保障。” 2006年5月到2009年10月马臻在橡树岭国家实验室从事博士后工作。
 
橡树岭国家实验室虽然地理位置偏僻,较为冷清,但却环境优美,是个安心做知识的好地方,马臻回忆道。在橡树岭国家实验室做博士后,马臻收获的不仅仅是科研论文,更是一种经历,“在那里工作,对国家实验室如何运作,科研水平怎样,有了更深入的了解。实验室提倡科研合作,也逐渐学会与他人相处、共同进步。”
 
橡树岭国家实验室发展至今已拥有4600多名员工,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,30000多名参观者。橡树岭国家实验室每年约有14亿美金的经费,其中80%来自于美国能源部。
 
另外,橡树岭国家实验室重视与产业界的合作,致力于利用美国劳动人口的多样性实现其战略业务目标,而且积极发掘、优化和利用每个员工独特的才能,并奖励为商业成功作出贡献的员工。
 
据先容,当年的“Y—12”设施已被用于“制造、提炼和储存对于国家安全至关重要的特殊材料,防止大规模杀伤性武器的扩散”;“K—25”设施则由东田纳西技术公园进行环境整修,并将由私营企业对其进行“再工业化”;“X—10”原有的石墨反应堆已于1963年关闭。
 
橡树岭国家实验室走过了战争的动乱、改革的迷茫、商业的联合,如今又走上了另一段旅程。
 
近年来,橡树岭国家实验室一直从事高质量的、具有影响力的研究,这之中既有基础研究,又有应用研究。“由于它是美国能源部下属机构,受政府资助,所以,目前其研究自然紧密围绕着美国国家利益或者重大需求,如核安全、环境、生物技术、信息、先进材料等。”马臻告诉《科学资讯》。
 
现在,橡树岭国家实验室主要从事包括中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全在内的6个方面的研究。其任务主要集中于开展基础和应用的研究与开发,提供科学常识和技术上解决复杂问题的创新方法,增强美国在主要科学领域里的领先地位。
 
橡树岭国家实验室分为若干部分,比如化学科学部门、材料科学部门等,每个部门均由一些大的课题组组成。橡树岭国家实验室资金充足,无论是建筑还是仪器设备等硬件条件均很好,并且有着完善的组织管理制度、培训机制和严格的安全管理。马臻提到,实验室新招的工作人员,要经过各种培训,包括网络安全、实验室安全、处理废弃物等方面的培训,还有各种专门的培训,比如使用液氮钢瓶和各类仪器的培训等,安全意识很强。■
 
(相关资料来源:http://www.ornl.gov/)
 
《科学资讯》 (科学资讯2012年第1期 实验室)
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