Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge

Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) là một trung tâm nghiên cứu và phát triển được tài trợ bởi liên bang tại Oak Ridge, Tennessee, Hoa Kỳ. Được thành lập năm 1943, phòng thí nghiệm này được bảo trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và do UT–Battelle, LLC quản lý. Được thành lập vào năm 1943, ORNL là phòng thí nghiệm quốc gia về khoa học và năng lượng lớn nhất trong hệ thống của Bộ Năng lượng xét theo quy mô, và lớn thứ ba về ngân sách hàng năm. Nó nằm tại khu vực hạt Roane của Oak Ridge. Các chương trình khoa học của phòng thí nghiệm tập trung vào vật liệu, khoa học hạt nhân, khoa học neutron, năng lượng, tính toán hiệu năng cao, khoa học môi trường, sinh học hệ thống và an ninh quốc gia, đôi khi hợp tác với bang Tennessee, các trường đại học và các ngành công nghiệp khác. ORNL sở hữu một số siêu máy tính hàng đầu thế giới, bao gồm Frontier, được TOP500 xếp hạng siêu máy tính mạnh thứ hai thế giới. Phòng thí nghiệm này là một cơ sở nghiên cứu neutron và năng lượng hạt nhân, bao gồm Nguồn Neutron Tán xạ (Spallation Neutron Source), Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao (High Flux Isotope Reactor) và Trung tâm Khoa học Vật liệu Nanophase. Tổng quan Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge được quản lý bởi UT–Battelle, một liên danh trách nhiệm hữu hạn giữa University of Tennessee và Battelle Memorial Institute, được thành lập vào năm 2000 cho mục đích này. Ngân sách hàng năm là 2,4 tỷ USD. Tính đến năm 2021, có 5.700 nhân viên làm việc tại ORNL, trong đó khoảng 2.000 người là nhà khoa học và kỹ sư, cùng với thêm 3.200 nhà nghiên cứu khách mỗi năm. Có năm cơ sở trong khu bảo tồn Oak Ridge của Bộ Năng lượng: Phòng thí nghiệm Quốc gia, Khu phức hợp An ninh Quốc gia Y-12, Công viên Công nghệ Đông Tennessee (trước đây là Nhà máy Khuếch tán Khí Oak Ridge), Viện Khoa học và Giáo dục Oak Ridge, và Công viên Khoa học và Công nghệ Oak Ridge đang được phát triển, mặc dù bốn cơ sở còn lại không liên quan đến Phòng thí nghiệm Quốc gia. Tổng diện tích khu bảo tồn là 150 km² (58 dặm vuông), trong đó phòng thí nghiệm chiếm 18 km² (7 dặm vuông). Lịch sử Năm 1934, địa điểm Freel Farm Mound, một di chỉ khảo cổ và gò chôn cất thuộc thời kỳ Woodland muộn, đã được khai quật. Hiện nay, địa điểm này nằm dưới lòng hồ Melton Hill. Thành phố Oak Ridge được Công binh Lục quân Hoa Kỳ thành lập vào năm 1942 như một phần của Clinton Engineer Works trên vùng đất nông nghiệp biệt lập, như một phần của Dự án Manhattan. Trong Thế chiến II, các nghiên cứu tiên tiến cho chính phủ tại đây do Phòng thí nghiệm Luyện kim của Đại học Chicago quản lý. Năm 1943, việc xây dựng Clinton Laboratories—sau này trở thành Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge—được hoàn thành. Địa điểm này được chọn để đặt Lò phản ứng Graphite X-10, dùng để sản xuất plutoni từ urani tự nhiên. Enrico Fermi cùng các cộng sự đã phát triển lò phản ứng hạt nhân tự duy trì thứ hai trên thế giới sau thí nghiệm trước đó của ông, Chicago Pile-1. X-10 là lò phản ứng đầu tiên được thiết kế để vận hành liên tục. Sau khi Thế chiến II kết thúc, việc quản lý phòng thí nghiệm được chính phủ Hoa Kỳ giao cho Monsanto; tuy nhiên, công ty này rút lui vào năm 1947. Đại học Chicago tạm thời tiếp quản lại trách nhiệm, và địa điểm này được trao danh hiệu phòng thí nghiệm "quốc gia" danh giá, cho đến tháng 12 năm 1947 khi Union Carbide and Carbon Co.—đơn vị đã vận hành hai cơ sở khác tại Oak Ridge—tiếp quản phòng thí nghiệm và đổi tên thành Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL). Sau chiến tranh, nhu cầu về khoa học quân sự giảm mạnh, khiến tương lai của phòng thí nghiệm trở nên không chắc chắn. Lò phản ứng X-10 và khoảng 1.000 nhân viên của phòng thí nghiệm không còn tham gia vào chương trình vũ khí hạt nhân. Instead, it was used for scientific research. Thay vào đó, cơ sở này được sử dụng cho nghiên cứu khoa học. Năm 1946, các đồng vị y học đầu tiên được sản xuất tại lò phản ứng X-10, và đến năm 1950, gần 20.000 mẫu đã được gửi tới nhiều bệnh viện khác nhau. Các nhà khoa học tại ORNL cũng thực hiện ca ghép tủy xương thành công đầu tiên trên thế giới ở chuột bằng cách ức chế hệ miễn dịch của chúng. Năm 1950, Trường Công nghệ Lò phản ứng Oak Ridge được thành lập với hai khóa học về vận hành và an toàn lò phản ứng; gần 1.000 sinh viên đã tốt nghiệp. Phần lớn các nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge trong thập niên 1950 liên quan đến lò phản ứng hạt nhân như một hình thức sản xuất năng lượng, cả cho động lực và phát điện. Số lượng lò phản ứng được xây dựng trong thập niên 1950 nhiều hơn tổng số trong toàn bộ lịch sử còn lại của ORNL. Một trong những dự án có ảnh hưởng nhất là lò phản ứng nước nhẹ, tiền thân của nhiều nhà máy điện hạt nhân hiện đại. Quân đội Hoa Kỳ tài trợ phần lớn cho quá trình phát triển này, phục vụ các tàu ngầm và tàu chiến chạy bằng năng lượng hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ. Lục quân Hoa Kỳ cũng đặt hàng thiết kế các lò phản ứng hạt nhân di động vào năm 1953 để cung cấp nhiệt và điện cho các căn cứ quân sự xa xôi. Các lò phản ứng này được sản xuất bởi American Locomotive Company và được sử dụng tại Greenland, Khu Kênh đào Panama và Nam Cực. Không quân Hoa Kỳ cũng tài trợ cho ba lò phản ứng, các máy tính đầu tiên của phòng thí nghiệm và các máy gia tốc hạt đầu tiên. ORNL đã xây dựng lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên vào năm 1954 như một minh chứng khái niệm cho một hạm đội máy bay ném bom tầm xa được đề xuất, nhưng nó chưa bao giờ được sử dụng. Alvin M. Weinberg được bổ nhiệm làm Giám đốc Nghiên cứu của ORNL, và năm 1955 trở thành Giám đốc phòng thí nghiệm. Đầu thập niên 1960, ORNL đẩy mạnh phát triển các nhà máy khử mặn chạy bằng năng lượng hạt nhân tại những nơi sa mạc giáp biển nhằm cung cấp nước. Dự án mang tên "Water for Peace" được John F. Kennedy và Lyndon B. Johnson ủng hộ, và được trình bày tại một hội nghị Liên Hợp Quốc năm 1964, nhưng do chi phí xây dựng tăng cao và niềm tin của công chúng vào năng lượng hạt nhân suy giảm, kế hoạch này đã bị hủy bỏ. Lò phản ứng Nghiên cứu Vật lý Y tế được xây dựng năm 1962 được sử dụng cho các thí nghiệm phơi nhiễm bức xạ, dẫn đến việc xác định giới hạn liều lượng chính xác hơn, phát triển liều kế và cải thiện che chắn bức xạ. Năm 1964, Thí nghiệm Lò phản ứng Muối Nóng chảy bắt đầu với việc xây dựng lò phản ứng. Nó hoạt động từ năm 1966 đến 1969 (có sáu tháng gián đoạn để chuyển từ nhiên liệu U-235 sang U-233) và chứng minh tính khả thi của lò phản ứng muối nóng chảy, đồng thời sản xuất nhiên liệu cho các lò phản ứng khác như một sản phẩm phụ của chính phản ứng của nó. Lò phản ứng Đồng vị Thông lượng Cao được xây dựng năm 1965 có thông lượng neutron cao nhất trong số các lò phản ứng vào thời điểm đó. Nó cải tiến từ lò phản ứng X-10, sản xuất nhiều đồng vị y học hơn cũng như cho phép nghiên cứu vật liệu với độ chính xác cao hơn. Các nhà nghiên cứu trong bộ phận sinh học đã nghiên cứu tác động của các hóa chất lên chuột, bao gồm hơi xăng, thuốc trừ sâu và thuốc lá. Vào cuối thập niên 1960, việc cắt giảm ngân sách đã dẫn đến việc hủy bỏ kế hoạch xây dựng thêm một máy gia tốc hạt, và Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ cắt giảm chương trình lò phản ứng sinh sản xuống còn hai phần ba, khiến số lượng nhân sự giảm từ 5.000 xuống còn 3.800 người. Trong thập niên 1970, triển vọng của năng lượng nhiệt hạch được xem xét nghiêm túc, thúc đẩy các nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. Một tokamak mang tên ORMAK, được đưa vào vận hành năm 1971, là tokamak đầu tiên đạt được nhiệt độ plasma 20 triệu Kelvin. Sau thành công của các thí nghiệm nhiệt hạch, nó được mở rộng và đổi tên thành ORMAK II vào năm 1973; tuy nhiên, các thí nghiệm cuối cùng không dẫn đến việc phát triển các nhà máy điện nhiệt hạch. Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ (AEC) yêu cầu các tiêu chuẩn an toàn được cải thiện đối với các lò phản ứng hạt nhân vào đầu thập niên 1970, vì vậy các nhân viên tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã soạn thảo gần 100 yêu cầu bao quát nhiều yếu tố, bao gồm vận chuyển nhiên liệu và khả năng chống chịu động đất. Năm 1972, AEC tổ chức một loạt các phiên điều trần công khai, trong đó các yêu cầu về làm mát khẩn cấp được nhấn mạnh và các tiêu chuẩn an toàn trở nên nghiêm ngặt hơn. Cũng trong năm 1972, Peter Mazur, một nhà sinh học tại ORNL, đã đông lạnh bằng nitơ lỏng, rã đông và cấy phôi chuột vào một con mẹ mang thai thay thế; các con chuột con sinh ra đều khỏe mạnh. Kỹ thuật này trở nên phổ biến trong ngành chăn nuôi, vì nó cho phép vận chuyển dễ dàng phôi của gia súc có giá trị và một con bò quý có thể được lấy nhiều trứng hơn, từ đó thông qua thụ tinh trong ống nghiệm có thể tạo ra nhiều con hơn so với tự nhiên. Năm 1974, Alvin Weinberg, giám đốc phòng thí nghiệm trong 19 năm, được thay thế bởi Herman Postma, một nhà khoa học về nhiệt hạch. Năm 1977, việc xây dựng các nam châm điện siêu dẫn dài 6 mét (20 foot), nhằm kiểm soát phản ứng nhiệt hạch, được bắt đầu. Dự án này là một nỗ lực quốc tế: ba nam châm được sản xuất tại Hoa Kỳ, một tại Nhật Bản, một tại Thụy Sĩ và chiếc cuối cùng do các quốc gia châu Âu còn lại chế tạo. ORNL cũng tham gia phân tích thiệt hại đối với lõi của Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island sau sự cố năm 1979. Thập niên 1980 mang đến nhiều thay đổi hơn cho ORNL: trọng tâm chuyển sang hiệu quả. Một buồng mô phỏng khí hậu tăng tốc được xây dựng để áp dụng các điều kiện thời tiết khác nhau lên vật liệu cách nhiệt nhằm kiểm tra hiệu quả và độ bền nhanh hơn so với thời gian thực. Nghiên cứu vật liệu về gốm chịu nhiệt dùng trong động cơ xe tải và ô tô công nghệ cao cũng được thực hiện, tiếp nối các nghiên cứu vật liệu bắt đầu từ các lò phản ứng hạt nhân trong thập niên 1950. Năm 1987, Phòng thí nghiệm Vật liệu Nhiệt độ Cao được thành lập, nơi các nhà nghiên cứu của ORNL và ngành công nghiệp hợp tác trong các dự án về gốm và hợp kim. Ngân sách nghiên cứu vật liệu tại ORNL đã tăng gấp đôi sau giai đoạn bất ổn ban đầu liên quan đến chính sách kinh tế của Reagan về việc giảm chi tiêu chính phủ. Năm 1981, Cơ sở Nghiên cứu Ion Nặng Holifield, một máy gia tốc hạt 25 MV, được đưa vào hoạt động tại ORNL. Vào thời điểm đó, Holifield có dải loại ion rộng nhất và mạnh gấp đôi so với các máy gia tốc khác, thu hút hàng trăm nhà nghiên cứu khách mỗi năm. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ bày tỏ lo ngại về tình trạng ô nhiễm xung quanh Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, từ đó bắt đầu các nỗ lực làm sạch môi trường. Các hố chôn chất thải và đường ống rò rỉ đã làm ô nhiễm nguồn nước ngầm bên dưới phòng thí nghiệm, trong khi các bể chứa phóng xạ bị bỏ không nhưng vẫn đầy chất thải. Tổng chi phí xử lý được ước tính lên tới hàng trăm triệu đô la Mỹ. Năm 1987, năm lò phản ứng cũ được đưa vào diện rà soát an toàn và bị yêu cầu ngừng hoạt động cho đến khi hoàn tất kiểm tra. Đến năm 1989, khi Lò phản ứng Đồng vị Thông lượng Cao (High Flux Isotope Reactor) được khởi động lại, nguồn cung một số đồng vị y tế tại Hoa Kỳ đã bị thiếu hụt. Cũng trong năm 1989, Alvin Trivelpiece, cựu giám đốc điều hành của Hiệp hội Tiến bộ Khoa học Hoa Kỳ, được bổ nhiệm làm giám đốc ORNL và giữ chức vụ này đến năm 2000. Năm 1992, người tố giác Charles Varnadore đã đệ đơn khiếu nại đối với ORNL, cáo buộc các vi phạm an toàn và hành vi trả đũa từ cấp trên. Mặc dù một thẩm phán luật hành chính ban đầu phán quyết có lợi cho Varnadore, Bộ trưởng Lao động Robert Reich đã đảo ngược quyết định đó. Tuy nhiên, vụ việc đã khiến nhà thầu chính Martin Marietta bị xác định vi phạm an toàn và cuối cùng dẫn đến việc tăng cường bảo vệ người tố giác trong Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Tháng 1 năm 2019, ORNL công bố một bước đột phá lớn trong khả năng tự động hóa sản xuất Plutoni-238 (Pu-238), giúp nâng sản lượng hàng năm từ 50 gram lên 400 gram. Thành tựu này đưa họ tiến gần hơn tới mục tiêu của NASA là đạt 1,5 kg mỗi năm vào năm 2025 nhằm duy trì các chương trình thám hiểm không gian. Phạm vi nghiên cứu Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển trải rộng trên nhiều lĩnh vực khoa học, với mức độ giao thoa cao—các nhà khoa học thường làm việc đồng thời ở nhiều chuyên ngành. Dưới đây là các lĩnh vực nghiên cứu chính: Khoa học hóa học: ORNL thực hiện cả nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: Xúc tác, khoa học bề mặt và hóa học liên bề mặt Biến đổi phân tử và hóa học nhiên liệu Hóa học nguyên tố nặng và đặc trưng vật liệu phóng xạ Hóa học dung dịch nước và địa hóa học Phổ khối lượng và phổ laser Hóa học tách chiết Hóa học vật liệu (polymer và vật liệu mềm) Hóa sinh học hóa học Khoa học neutron Kính hiển vi điện tử: Chương trình này nghiên cứu các vấn đề cốt lõi trong: Vật chất ngưng tụ Khoa học vật liệu Hóa học Khoa học nano Y học hạt nhân: Cải tiến sản xuất và xử lý đồng vị phóng xạ y tế từ lò phản ứng Phát triển hệ thống máy phát đồng vị phóng xạ mới Thiết kế và đánh giá dược chất phóng xạ Ứng dụng trong y học hạt nhân và ung thư học Vật lý: Các tính chất cơ bản của vật chất ở cấp độ nguyên tử, hạt nhân và dưới hạt nhân Phát triển thiết bị thí nghiệm phục vụ các nghiên cứu này Dân số & dữ liệu không gian: ORNL cung cấp cơ sở dữ liệu dân số dạng lưới có tên LandScan, phục vụ: Ước tính dân số thực tế theo không gian Phân tích bằng hệ thống GIS LandScan là một bản đồ raster (dạng lưới), cung cấp ước tính dân số theo từng ô ~1 km² tại xích đạo (kích thước ô thay đổi theo vĩ độ). Đây được xem là một trong những bộ dữ liệu dân số không gian chính xác nhất và được cập nhật hàng năm, sử dụng rộng rãi bởi các tổ chức chính phủ và quốc tế. Năng lượng Phòng thí nghiệm Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge có bề dày lịch sử nghiên cứu năng lượng; các thí nghiệm về lò phản ứng hạt nhân đã được tiến hành từ cuối Chiến tranh Thế giới thứ hai, năm 1945. Nhờ có sẵn các lò phản ứng và nguồn tài nguyên tính toán hiệu năng cao, phòng thí nghiệm đặc biệt chú trọng cải thiện hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân. Các chương trình nghiên cứu phát triển vật liệu hiệu quả hơn, mô phỏng chính xác hơn quá trình già hóa của lõi lò, các cảm biến và hệ thống điều khiển, cũng như quy trình an toàn dành cho cơ quan quản lý. Chương trình Năng lượng Hiệu quả và Công nghệ Điện (Energy Efficiency and Electricity Technologies Program) nhằm cải thiện chất lượng không khí tại Hoa Kỳ và giảm sự phụ thuộc vào nguồn dầu nhập khẩu. TCó ba lĩnh vực nghiên cứu chính: điện năng, sản xuất và di chuyển. Bộ phận điện năng tập trung vào việc giảm tiêu thụ điện và tìm các nguồn sản xuất thay thế. Các tòa nhà, chiếm 39% mức tiêu thụ điện tại Hoa Kỳ vào năm 2012, là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhằm tạo ra nhà ở carbon-neutral và chi phí hợp lý. Nghiên cứu cũng hướng tới các tấm pin mặt trời hiệu suất cao hơn, điện và sưởi từ địa nhiệt, máy phát gió chi phí thấp hơn, và đánh giá khả thi về kinh tế và môi trường của các nhà máy thủy điện tiềm năng. Bộ phận Năng lượng Hợp hạch (Fusion Energy Division) theo đuổi các mục tiêu ngắn hạn nhằm phát triển các thành phần như siêu dẫn nhiệt độ cao, hệ thống tiêm viên hydrogen tốc độ cao và vật liệu phù hợp cho nghiên cứu hợp hạch trong tương lai. Nhiều nghiên cứu về hành vi và bảo trì plasma được tiến hành tại bộ phận này nhằm tăng hiểu biết về vật lý plasma, một lĩnh vực then chốt cho việc phát triển nhà máy điện hợp hạch. Văn phòng ITER đặt tại ORNL, hợp tác với Princeton Plasma Physics Laboratory và Savannah River National Laboratory. Đóng góp của Hoa Kỳ vào dự án ITER là 9,1%, dự kiến vượt quá 1,6 tỷ USD trong toàn bộ hợp đồng. Các nhà nghiên cứu ORNL cũng tham gia phát triển kế hoạch nghiên cứu chi tiết cho hợp tác US-ITER, công bố năm 2022. Sinh học Nghiên cứu sinh học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge bao gồm sinh thái học, lâm nghiệp, genomics, sinh học tính toán, sinh học cấu trúc và tin sinh học. Chương trình BioEnergy nhằm nâng cao hiệu quả ở tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học để cải thiện an ninh năng lượng của Hoa Kỳ. Chương trình hướng tới cải tiến di truyền cho nguồn sinh khối tiềm năng, xây dựng phương pháp cho các nhà máy lọc có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, và nâng cao hiệu quả phân phối năng lượng cả tới nhà máy điện lẫn người tiêu dùng cuối. Trung tâm Sinh lý học Phân tử (Center for Molecular Biophysics) nghiên cứu hành vi của các phân tử sinh học trong nhiều điều kiện khác nhau. Trung tâm này tổ chức các dự án kiểm tra thành tế bào phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học, sử dụng tán xạ neutron để phân tích cách gấp protein, và mô phỏng tác động của xúc tác ở quy mô cổ điển và lượng tử. ORNL cũng là nơi đặt một trạm hiện trường cho National Ecological Observatory Network (NEON), với văn phòng thực địa gần đó. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ phối hợp chặt chẽ với Tennessee Wildlife Resources Agency từ ORNL để giám sát sinh thái rừng ở vùng Appalachians & Cumberland Plateau Domain thuộc NEON. Khoa học neutron ORNL có hai nguồn neutron: High Flux Isotope Reactor (HFIR) và Spallation Neutron Source (SNS). HFIR cung cấp neutron theo chùm ổn định từ phản ứng hạt nhân liên tục, trong khi SNS, một máy gia tốc hạt, tạo ra các xung neutron. HFIR đạt tới trạng thái phản ứng hạt nhân tự duy trì vào năm 1965 và từ đó được dùng trong nghiên cứu vật liệu cũng như là nguồn chính các đồng vị y tế. Tính đến năm 2013, HFIR cung cấp luồng neutron ổn định cao nhất thế giới nhờ các nâng cấp. Berkelium-249, được sử dụng để tổng hợp tennessine lần đầu tiên, được sản xuất tại HFIR trong một chương trình hợp tác quốc tế. HFIR dự kiến sẽ hoạt động đến khoảng năm 2060 trước khi bình áp lực lò phản ứng bị coi là không an toàn cho việc tiếp tục sử dụng. SNS cung cấp các xung neutron có cường độ cao nhất trong các nguồn neutron nhân tạo. SNS được đưa vào hoạt động năm 2006 và kể từ đó đã được nâng cấp lên 1 MW, với kế hoạch nâng tiếp đến 3 MW. Xung neutron công suất cao cho phép chụp ảnh mục tiêu rõ hơn, nghĩa là các mẫu nhỏ hơn có thể được phân tích và kết quả chính xác yêu cầu ít xung hơn. Vật liệu Từ 2002 đến 2008, Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge hợp tác với Caterpillar Inc. để phát triển loại thép mới cho động cơ diesel của họ, có khả năng chịu được dao động nhiệt độ lớn. Vật liệu mới, có tên CF8C Plus, dựa trên thép không gỉ CF8C truyền thống với bổ sung mangan và nitơ; kết quả là thép có đặc tính nhiệt độ cao tốt hơn và dễ đúc hơn với chi phí tương tự. Năm 2003, các đối tác nhận giải R&D 100 từ tạp chí R&D, và năm 2009 nhận giải thưởng "excellence in technology transfer" từ Federal Laboratory Consortium cho việc thương mại hóa loại thép này. ORNL có một phòng thí nghiệm vật liệu nhiệt độ cao cho phép các nhà nghiên cứu từ các trường đại học, công ty tư nhân và các dự án chính phủ khác sử dụng cơ sở vật chất. Như với tất cả các cơ sở dành cho người dùng, tài nguyên của High Temperature Materials Laboratory được sử dụng miễn phí nếu kết quả được công bố; nghiên cứu tư nhân được phép nhưng phải trả phí. Trung tâm Vật liệu Nano (Center for Nanophase Materials Sciences – CNMS) nghiên cứu hành vi và chế tạo vật liệu nano. Trung tâm nhấn mạnh vào việc khám phá vật liệu mới và hiểu các tương tác vật lý – hóa học cơ bản để tạo ra vật liệu nano. Năm 2012, CNMS sản xuất pin lithium-sulfide với mật độ năng lượng lý thuyết gấp 3–5 lần so với pin lithium-ion hiện có.. An ninh ORNL cung cấp nguồn lực cho Bộ An ninh Nội địa Hoa Kỳ (United States Department of Homeland Security) và các chương trình quốc phòng khác. Chương trình Global Security and Nonproliferation (GS&N) phát triển và triển khai các chính sách, cả trong nước Mỹ và quốc tế, nhằm ngăn ngừa phổ biến vật liệu hạt nhân. Chương trình đã phát triển các biện pháp bảo vệ kho vũ khí hạt nhân, hướng dẫn tháo dỡ kho vũ khí, kế hoạch hành động khi vật liệu hạt nhân rơi vào tay trái phép, phương pháp phát hiện vật liệu hạt nhân bị đánh cắp hoặc thất lạc, và quản lý thương mại vật liệu hạt nhân giữa Mỹ và Nga. Công việc của GS&N có sự trùng lắp với Homeland Security Programs Office, bao gồm phát hiện vật liệu hạt nhân và hướng dẫn về ngăn ngừa phổ biến. Các lĩnh vực khác liên quan đến Bộ An ninh Nội địa bao gồm pháp y hạt nhân và bức xạ, phát hiện tác nhân hóa học và sinh học bằng khối phổ, và mô phỏng các mối nguy tiềm tàng cho quốc gia. Tính toán hiệu năng cao (High-performance computing) Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã nhiều lần là nơi đặt các siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Lịch sử siêu máy tính tại ORNL bắt đầu từ năm 1953, khi phòng thí nghiệm hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne xây dựng ORACLE (Oak Ridge Automatic Computer and Logical Engine), phục vụ nghiên cứu vật lý hạt nhân, hóa học, sinh học và kỹ thuật. ORACLE có bộ nhớ 2048 từ (80 Kibit) và mất khoảng 590 micro giây để thực hiện phép cộng hoặc nhân số nguyên. Trong thập niên 1960, ORNL được trang bị các máy IBM 360/91 và IBM 360/65. Năm 1995, ORNL mua hệ thống Intel Paragon XP/S 150 với hiệu năng 154 gigaFLOPS, xếp thứ ba trong danh sách TOP500. Năm 2005, Jaguar được xây dựng trên nền tảng Cray XT3, đạt 25 teraFLOPS, và sau nâng cấp lên XT5 năm 2009, đạt 2,3 petaFLOPS, là máy tính nhanh nhất thế giới từ tháng 11/2009 đến 11/2010. Summit, xây dựng năm 2018, đạt 122,3 petaFLOPS, sử dụng 202.752 lõi CPU, 27.648 GPU Nvidia Tesla và 250 Petabytes bộ nhớ lưu trữ. Tháng 6/2020, Summit đứng thứ hai thế giới, nhường vị trí đầu cho siêu máy tính Fugaku của Nhật Bản. Tháng 5/2022, hệ thống Frontier tại ORNL vượt mốc exascale, đạt 1.102 exaflop/s sử dụng 8.730.112 lõi. Từ năm 1992, Center for Computational Sciences quản lý hoạt động tính toán hiệu năng cao tại ORNL, vận hành Oak Ridge Leadership Computing Facility chứa các siêu máy tính. Năm 2012, Jaguar được nâng cấp lên nền tảng XK7, sử dụng GPU cho phần lớn xử lý và đổi tên thành Titan, đạt 17.59 petaFLOPS, giữ vị trí số 1 trong TOP500 tháng 11/2012. ORNL còn sở hữu các hệ thống hỗ trợ trực quan hóa dữ liệu, như cụm 77 nút EVEREST với màn hình 35 megapixel, và cụm 80 nút Linux Smoky, dùng để phát triển và kiểm thử ứng dụng trước khi chạy trên các siêu máy tính lớn hơn. Năm 1989, các lập trình viên tại ORNL viết phiên bản đầu tiên của Parallel Virtual Machine (PVM), phần mềm cho phép tính toán phân tán trên các máy khác nhau. PVM là phần mềm miễn phí và trở thành tiêu chuẩn thực tế cho tính toán phân tán. Đồng thời, Jack Dongarra tại ORNL và Đại học Tennessee viết thư viện phần mềm LINPACK và chuẩn LINPACK benchmark, được sử dụng để tính toán đại số tuyến tính và đo hiệu năng số thực của siêu máy tính theo chuẩn TOP500. Giám đốc các thời kỳ Những người sau đây đảm nhiệm vai trò Giám đốc Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge: Người nổi tiếng Xem thêm American Museum of Science and Energy Brookhaven National Laboratory Center for Nanophase Materials Sciences K-25 Gaseous Diffusion Plant Los Alamos National Laboratory National Transportation Research Center Pacific Northwest National Laboratory S-50 (Manhattan Project) Sandia National Laboratory Spallation Neutron Source Thorium Energy Alliance United States Department of Energy National Laboratories and Technology Centers USS Oak Ridge, đưa vào trang bị năm 1944 Y-12 National Security Complex Ghi chú và tham khảo Đọc thêm Lindsey A. Freeman (2015), Longing for the Bomb: Oak Ridge and Atomic Nostalgia. Chapel Hill, NC: University of North Carolina Press. ISBN 978-1-4696-2237-8. Liên kết ngoài Website chính thức Technical reports issued by Oak Ridge National Laboratory digitized by Technical Report Archive & Image Library