布魯克海文國家實驗室美國能源部的實驗室01基本任務(wù)研究裝置研究中心研究重點目錄03020405研究成果科研基地輝煌成就目錄0706基本信息布魯克海文國家實驗室(BNL)位于紐約長島薩福爾克縣（SUFFOLKCOUNTY）中部，隸屬美國能源部，由紐約州立大學(xué)石溪分校和BATTELLE成立的公司布魯克海文科學(xué)學(xué)會負責(zé)管理。該實驗室成立于1947年，歷史上該實驗室曾經(jīng)有7個項目獲得過諾貝爾獎。BNL具有70年杰出科學(xué)成就的歷史，擁有3臺開展研究用的反應(yīng)堆、數(shù)臺不同類型的粒子加速器和多種先進的研究裝置。它開創(chuàng)了核技術(shù)、高能物理、化學(xué)和生命科學(xué)、納米技術(shù)等多個領(lǐng)域的研究，取得多項令世界矚目的重大成果，并數(shù)次獲諾貝爾獎。BNL已成為世界著名的大型綜合性科學(xué)研究基地。該實驗室成立于1947年，歷史上該實驗室曾經(jīng)有7個項目12人次獲得過諾貝爾獎。實驗室擁有3000名員工，此外每年有超過4000名訪問學(xué)者在此工作?；救蝿?wù)基本任務(wù)布魯克海文國家實驗室該實驗室有4項基本任務(wù)：根據(jù)美國能源部和國際科學(xué)界的需要，構(gòu)思、設(shè)計、建造和運行復(fù)雜的、前沿的、面向用戶的實驗設(shè)施；實施前沿科學(xué)領(lǐng)域長期和高風(fēng)險的基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)研究項目；開發(fā)先進的技術(shù)以滿足國家的需要，并將這些技術(shù)轉(zhuǎn)讓給其他組織和企業(yè)界；傳播技術(shù)知識，培養(yǎng)新一代科學(xué)家和工程師，保持美國就業(yè)人員的技術(shù)能力，鼓勵大眾加深對科學(xué)的了解。布魯克海文國家實驗室該實驗室的研究領(lǐng)域主要包括：材料物理和化學(xué)特性、環(huán)境和能源研究等。該實驗室所設(shè)置的研究部門包括：（1）能源科學(xué)和技術(shù)部。該部門通過從事基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)研究開發(fā)和技術(shù)實施與應(yīng)用項目，支持DOE關(guān)于確保國家具備充足清潔而且經(jīng)濟的能源供應(yīng)目標(biāo)的實現(xiàn)，減少能源供應(yīng)中斷可能會對美國造成的損害，推進替代能源和可再生能源技術(shù)，增加可供選擇的能源種類，維持美國在能源供應(yīng)與使用方面的主導(dǎo)地位。（2）儀器部。負責(zé)開發(fā)實驗室項目所需要的先進技術(shù)，研究方向包括：半導(dǎo)體、氣體和低溫探測儀器，微電子，數(shù)據(jù)采集設(shè)備，光學(xué)測量設(shè)備等。（3）環(huán)境科學(xué)部。負責(zé)自然環(huán)境的研究工作，例如在加利福尼亞州北部以及世界很多地區(qū)設(shè)置“富集的游離CO2氣體生態(tài)學(xué)研究中心”，研究空氣中過量的CO2對于各種生態(tài)系統(tǒng)的影響。研究中心研究中心“一群”協(xié)調(diào)運動的夸克與膠子之間的關(guān)系功能性納米材料中心：這里為研究人員提供加工和研究納米尺度材料最先進的能力。其工作重點是要做到基本了解這些材料處于納米尺度形態(tài)時如何反應(yīng)。RIKENBNL研究中心：該中心是日本理化所建在布魯克海文國家實驗室的一個研究中心，研究的重點是相對論重離子對撞機物理計劃、硬量子色動力學(xué)/自旋物理、格點量子色動力學(xué)和相對論重離子物理。計算科學(xué)中心：這里主要通過使用最先進的計算機為從事生物學(xué)、化學(xué)、物理、應(yīng)用數(shù)學(xué)、醫(yī)學(xué)和納米科學(xué)的研究人員提供分析計算能力。這里擁有龐大的Linux群簇器和兩臺分別有12288個處理器的QCDOC計算機。平移神經(jīng)成像中心：科學(xué)家們在了解腦在細胞水平如何工作方面已經(jīng)取得重大進展。但用這一知識理解人類行為和治療腦疾病，如進食障礙、注意缺損障礙等方面相對落后。這個中心的宗旨就是采用補充的腦成像工具網(wǎng)絡(luò)包括正電子斷層照相和核磁共振成像來解決這個差距。放射化學(xué)研究中心：該中心采用脈沖輻解技術(shù)，通過使樣品產(chǎn)生高能電子脈沖，研究化學(xué)反應(yīng)和其他現(xiàn)象。這些反應(yīng)由各種時間分辨光譜學(xué)方法和其他探測技術(shù)進行跟蹤。該中心有新的皮秒激光-電子加速器裝置，一臺MeV靜電加速器和一臺鈷-60源。分子科學(xué)光譜學(xué)中心：該中心由BNL化學(xué)系的化學(xué)物理組、紐約州立大學(xué)石溪分校和哥倫比亞大學(xué)有關(guān)成員組成，在高分辨率激光光譜技術(shù)方面集中了國際上公認(rèn)的專門技術(shù)，與理論和計算方法有強交互作用。研究裝置研究裝置相對論重離子對撞機：這是一臺最近完工的加速器，用來使交叉的重離子束流發(fā)生對撞，尋找一種稱為夸克-膠子等離子體的物質(zhì)態(tài)。交變梯度同步加速器：這是一臺直徑為843英尺的粒子加速器，用來將質(zhì)子和重離子加速到高能開展物理研究。輔助的裝置有200MeV直線加速器、交互梯度同步加速器增強器和國家宇航局空間輻射研究實驗室。國家宇航局空間輻射研究實驗室(NSRL)：是世界上僅有的幾個能夠模擬空間發(fā)現(xiàn)的苛刻的宇宙和太陽輻射環(huán)境的設(shè)施之一。采用從美國最好的布魯克海文加速器引出的重離子束流開展放射性生物系學(xué)的研究。國家同步輻射光源（NSLS）：這是一臺為產(chǎn)生可用于研究物質(zhì)精細結(jié)構(gòu)的同步輻射而專門設(shè)計的加速器。在這里，通過真空窗口能夠看見藍色的同步輻射光。串聯(lián)靜電加速器：被用來使物質(zhì)與離子撞擊，用于加工和試驗?zāi)康?。它們還被用來給相對重離子對撞機提供重離子。高場核磁共振裝置：用于人的醫(yī)學(xué)成像研究。它有一個能夠產(chǎn)生世界上用于人體研究最高場強的4個泰斯拉的整塊磁鐵的核磁共振儀器。加速器測試設(shè)備：用來研究粒子加速和產(chǎn)生更亮用于應(yīng)用研究的X射線束流。研究重點上癮研究納米科學(xué)生命科學(xué)醫(yī)學(xué)突破生物研究12345研究重點上癮研究石墨研究反應(yīng)堆BGRR1987年，布魯克海文國家實驗室成為采用正電子斷層照相和其他醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，研究毒品上癮腦機制的第一個研究機構(gòu)。布魯克海文的科學(xué)家們正在研究對尼古丁、可卡因、大麻、甲基苯丙胺、酒精和溶劑上癮的機制。通過觀看腦化學(xué)的變化，了解毒品如何引起這些變化，從而提出預(yù)防措施和幫助設(shè)計新的抗上癮藥物。納米科學(xué)納米科學(xué)是研究超小尺度——納米尺度，即10-9米下的物質(zhì)。納米尺度科學(xué)、工程和技術(shù)是一個新興的交叉學(xué)科領(lǐng)域，涉及材料科學(xué)家、化學(xué)家、物理學(xué)家、生物學(xué)家和其他研究人員。他們的目標(biāo)是以原子和分子為單位設(shè)計和組裝需要特性和功能的新材料。生命科學(xué)布魯克海文國家實驗室在生命科學(xué)方面所進行的研究具有很長和光榮的歷史，為DNA和蛋白質(zhì)、改變它們的細胞機制、開發(fā)研究人類疾病的成像技術(shù)的基礎(chǔ)研究和基于從這些研究得到的知識的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面作出貢獻。DNA的損傷和修補：布魯克海文的生物學(xué)家們研究細胞對受損DNA的反應(yīng)、生物化學(xué)和修補細菌、植物和動物中DNA機制的遺傳學(xué)。已經(jīng)開發(fā)出精確測量DNA損傷和修補的高靈敏技術(shù)。排序技術(shù)：布魯克海文基因組排序小組已經(jīng)開發(fā)出排列人類染色體困難區(qū)域先后順序的技術(shù)。利用這樣的技術(shù)，科學(xué)家們已經(jīng)成功地填補了染色體19排序中的空白。空間生物醫(yī)學(xué)研究：布魯克海文的科學(xué)家們正在不斷改進探測和量化空間輻射生物效應(yīng)的方法。該工作將幫助評估宇航員在執(zhí)行長期空間任務(wù)時所面臨的輻射風(fēng)險，并幫助改進放射療法殺死癌細胞的潛力。在布魯克海文的國家宇航局輻射實驗室是世界上能夠模擬進行這一研究需要苛刻的宇宙和太陽輻射空間環(huán)境的幾個少數(shù)地點之一。布魯克海文實驗室的國土安全研究項目：BNL國土安全研究項目的重點是開發(fā)保護美國國內(nèi)外國家安全利益所面臨挑戰(zhàn)的先進的基于科學(xué)的解決方法。高通量束流反應(yīng)堆HFBR布魯克海文的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出包括保護裂變物質(zhì)領(lǐng)域里許多反恐怖主義和非擴散技術(shù)；研制出探測核武器、臟彈、有毒化學(xué)物質(zhì)、生物病原體和爆炸物的傳感器；設(shè)計了用于識別、表征和管理各種環(huán)境中的風(fēng)險的工具和方法。醫(yī)學(xué)突破锝-99m的開發(fā)：20世紀(jì)50年代，BNL的科學(xué)家WalterTucker和PowellRichards開發(fā)出放射性示蹤元素锝-99m。1966年起，由于锝-99m幾乎可用于體內(nèi)任何器官的造影，世界對該示蹤元素的需求大增，美國每年在1300萬核醫(yī)療過程中使用它。帕金森病的研究：20世紀(jì)60年代，BNL的科學(xué)家GeorgeCotzias開始研究用左旋-多巴治療帕金森病。在尚無良藥的情況下，左旋-多巴幫助許多患者在生活上實現(xiàn)了自理。心臟掃描：1990年，利用BNL的國家同步光源，首次將人類心臟顯影，采用的技術(shù)稱為經(jīng)靜脈血管造影技術(shù)。美國有500萬人患心臟病，開發(fā)這一方法對他們的動脈造影，其危險性比采用通常技術(shù)低。鹽與高血壓：1952年，BNL的科學(xué)家LewisDahl開始從事具有開創(chuàng)性的鹽與高血壓有關(guān)的研究。在25年實驗的過程中，他發(fā)現(xiàn)鹽的攝入量高對青年人危險性較大。他的研究表明：人的遺傳背景使鹽在很大程度上引起高血壓。率先研制出診斷工具：BNL從事的核物理研究導(dǎo)致開發(fā)出醫(yī)用放射性同位素。在早期開發(fā)锝-99m的基礎(chǔ)上，SureshSrivastava和他的同事們1988年研制了一種易于使用的工具盒，將锝-99m附在紅細胞上，醫(yī)生通過心臟和其他器官可看到血液的流動。到20世紀(jì)中葉，該工具盒在世界上得到廣泛應(yīng)用。心臟健康檢查：世界上成千上萬的病人都接受過心臟負荷實驗，但只有少數(shù)人知道這些實驗使用的是鉈-201。鉈-201是在BNL60英寸的回旋加速器上開發(fā)出來的。生物研究花的提示：從1958年開始，BNL的研究人員利用紫露草屬花的花瓣隨像化學(xué)物品或輻射等不同的誘變劑而改變顏色的特性，率先使用紫露草屬花作為研究細胞變種的工具之一?；蛲黄疲?992年，BNL的生物學(xué)家們首創(chuàng)了一種解密DNA結(jié)構(gòu)的新方法，從而破譯了引起淋巴腺疾病的細菌的染色體組，有助于尋找新的疫苗。氚胸腺嘧啶核甙：1956年BNL的科研人員發(fā)現(xiàn)了一種研究DNA新方法，將放射性同位素氚附在DNA組成部分之一的胸嘧啶核甙上，用于研究DNA雙螺旋（左旋）載體染色單體。1957年BNL的生物學(xué)家們利用氚胸腺嘧啶核甙產(chǎn)生植物根部合成的DNA圖象，檢驗了Watson-Crick分子結(jié)構(gòu)模型。另人驚訝的結(jié)果提供了DNA在單個染色體水平上復(fù)制的Watson-Crick模型的第一個證據(jù)，該實驗還首次從微觀上對“姊妹染色單體”進行了識別。在研究細胞在體內(nèi)移動和生長過程中，證明氚胸腺嘧啶核甙也是有用的。經(jīng)過用老鼠做的初步實驗后，1957年開展了首次人類臨床研究。紫外光與癌癥：1979年，BNL的生物學(xué)家將人體皮膚細胞置于幾個小劑量的紫外光下照射，模擬接受多次小劑量陽光照射的人體發(fā)生何種變化。首次將被紫外光照射后的人體細胞變化到惡性階段前顯示出來。BNL的生物學(xué)家RichardSetlow在后來的實驗中，使用劍尾魚屬逆代雜交魚來顯示惡性黑素瘤可由紫外光-A和紫外光-B誘發(fā)。而以前，只認(rèn)為紫外光-B的照射可引發(fā)這類皮膚癌。研究成果研究成果經(jīng)歷了70余年的發(fā)展，BNL擁有3臺開展研究用的反應(yīng)堆、回旋加速器、同步輻射光源，以及強場核磁共振儀、投射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、正電子斷層成像儀等大批大型儀器和設(shè)備。它開創(chuàng)了核技術(shù)、高能物理、納米技術(shù)等多個領(lǐng)域的研究，還在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)和技術(shù)等多學(xué)科開展研究。大科學(xué)裝置群的強大支撐能力和多學(xué)科交叉的環(huán)境，使BNL在發(fā)展新型、邊緣科學(xué)和突破重大新技術(shù)方面具有強大的能力，取得多項令世界矚目的重大成果，并數(shù)次獲得諾貝爾獎，成為著名的大型綜合性科學(xué)研究基地。石墨研究反應(yīng)堆BGRRBGRR（BrookhavenGraphiteResearchReactor）是BNL的第一臺大反應(yīng)堆，也是二次大戰(zhàn)后美國在和平時期建造的第一臺反應(yīng)堆，1947年開始建設(shè)，1950年8月投入運行。BGRR由重700噸25英尺的石墨立方體構(gòu)成，鈾作為燃料，功率為20兆瓦，最大中子流量約為2×1013/厘米2/秒。其主要任務(wù)是為科學(xué)實驗提供中子，改進反應(yīng)堆技術(shù)。1955年，BGRR的中子通量已明顯不足以支持所提出的實驗。1958年BNL設(shè)計了新型的反應(yīng)堆，即高通量束流反應(yīng)堆（HFBR），獲得原子能委員會的批準(zhǔn)。BGRR提供了18年（1950年-1968年）的服務(wù)后永久停機，于20世紀(jì)末徹底退役。輝煌成就輝煌成就作為一個實力強大的大型綜合性研究機構(gòu)，BNL取得了輝煌的科學(xué)成就。高能物理方面的成就有m中微子的發(fā)現(xiàn)、J/y粒子的發(fā)現(xiàn)、CP破壞、宇稱破缺和太陽中微子研究中的先驅(qū)性工作等。在多學(xué)科研究中有利用X射線和中子開展生物樣品研究這樣導(dǎo)致結(jié)構(gòu)生物學(xué)的開創(chuàng)性工作，用于醫(yī)學(xué)的L-多巴、和鉈-201、锝-99m放射性核素的發(fā)明、以及X射線心血管造影術(shù)的發(fā)展。高技術(shù)方面有磁懸浮列車技術(shù)的發(fā)展。加速器技術(shù)方面有對于現(xiàn)代粒子加速器利用有決定意義的強聚焦原理的發(fā)明。共有7項諾貝爾獎與BNL相關(guān)：李政道和楊振寧1956年在BNL工作期間，成功地解釋了在BNL的COSMOTRON加速器上所做粒子衰變實驗的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)弱相互作用中宇稱不守恒，榮獲1957年諾貝爾物理獎。丁肇中1974年利用BNL的AGS加速器開展物理實驗，與在SLAC國家加速器實驗室開展實驗的BurtonRichter同時發(fā)現(xiàn)粲夸克，獲1976年諾貝爾物理獎。JamesCronin和ValFitch1963年開始在BNL的AGS上開展物理實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CP破缺，獲1980年諾貝爾物理獎。LeonLederman，MelvinSchwartz和JackStaeinberger1962年在BNL的AGS上開展物理實驗中發(fā)現(xiàn)μ子-中微子，獲1988年諾貝爾物理獎?？蒲谢乜蒲谢夭剪斂撕Ｎ膰覍嶒炇褺NL形成的這種大科學(xué)裝置群的強大支撐能力和多學(xué)科交叉的環(huán)境，使其在發(fā)展新型、邊緣科學(xué)和突破重大新技術(shù)方面具有強大的能力。2000年美國決定大力發(fā)展納米科學(xué)技術(shù)時，能源部迅即在幾個大科學(xué)裝置基地建立了5個各具特色的納米中心，其中能為研究人員提供加工和研究納米尺度材料最先進能力的BNL成為5個納米研究中心之一，這正是充分利用BNL這種強大能力的有力證明。除了納米研究中心，