【走进实验室】

    ◎本报记者 张佳欣

    美国阿贡国家实验室（以下简称阿贡）隶属于美国能源部和芝加哥大学，坐落于伊利诺伊州的广袤土地上，占地面积达600多公顷，被6.9平方公里的森林保护区所环绕。

    作为一个多领域的科学和工程研究中心，大约2000多名才华横溢的科学家和工程师云集于此，共同解决关乎人类发展和地球命运的诸多挑战。通过与大学、工厂和其他国家实验室合作，阿贡的科学家们努力探索新途径来推动能源领域的科技创新，小到研究分子级别的新材料，大到探索广袤地球乃至浩瀚宇宙。

    同时，阿贡地处世界多家顶级研究机构附近，利用这一区位优势，阿贡在广泛的核心科学领域，从高能物理、材料科学到结构生物学和先进计算科学等领域，引领、发现并推动创新。

    诞生于“曼哈顿计划”

    阿贡是曼哈顿工程的一部分，其前身是芝加哥大学的冶金实验室。1942年12月2日，著名物理学家恩里科·费米领导的团队在此成功建立了世界上第一个可控核反应堆（芝加哥一号堆），完成了曼哈顿计划的重要一环，也标志着人类从此迈入原子能时代。

    1946年7月1日，该实验室正式被特许成立的美国第一个国家实验室，进行“核子学合作研究”。实验室相继设计和建造了多个反应堆，其中包括实验增殖反应堆一号。1951年，这个反应堆点亮了4盏灯泡，人类第一次用上了核电。这为目前世界各地大多数用于发电的商业反应堆的设计奠定了基础，并为未来商业电站的液态金属反应堆的设计提供了参考。

    与此同时，该实验室还帮助设计了世界上第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号的反应堆。1958年，这艘潜艇完成了从冰下穿越北极点的壮举。

    如今，该实验室的研究目标已经从和平开发利用原子能扩展到更大范围。

    历史上革命性突破令人瞩目

    除了核技术遥遥领先，阿贡也是美国物理、化学和其他领域基础研究的开创性中心。

    1955年，阿贡化学家与合作者发现了元素锿和镄，即元素周期表中的第99号和第100号元素。1962年，实验室化学家制造出第一种惰性气体氙气化合物，开辟了化学键研究的新领域。1963年，科学家发现了水合电子，这是溶液中的自由电子，也是可能存在的最小阴离子。

    同年，阿贡和加州大学芝加哥分校的研究员玛丽亚·格佩特·梅耶尔因发现原子核核壳模型而获得诺贝尔物理学奖。这一发现让科学家们对原子核的性质有了最深刻的见解，并为未来几十年的核物理学开辟了新的道路。

    当12.5GeV零梯度同步加速器选址“花落”阿贡时，该实验室的高能物理也取得了飞跃发展。这一加速器于1963年投入使用。

    该实验室还孵化了强大的电池研究项目。20世纪90年代，阿贡科学家发明了一种革命性的正极材料，这种材料比其他电池材料寿命更长、储存能量更多。此外，阿贡首创的镍—锰—钴阴极材料已被授权应用于通用汽车在内的全球制造商。

    诸多科学设施助力科研发现

    阿贡也因有诸多庞大而复杂的科学设施而闻名。每年，有6000多名研究人员前来参观这些设施，并利用其在广泛的科学和工程领域展开开创性研究。

    1995年建成的先进光子源（APS）本质上是一种功能强大的X射线机器。APS已经为多项获得诺贝尔化学奖的研究铺平了道路，但它仍孜孜不倦地全天候运转，帮助科学家对从癌症药物到蝴蝶翅膀等各种材料进行成像。

    2006年，阿贡开发了另一个国家用户设施——阿贡领导力计算设施（ALCF）。从557万亿次浮点的Intrepid、10千万亿次浮点的米拉（Mira），到15.6万亿次浮点的西塔（Theta），再到每秒可执行200亿亿次浮点计算“极光”（Aurora），科学家们使用一代又一代超级计算机对材料、气候、疾病等现象和物质进行着建模和模拟实验。

    该实验室还建立了纳米材料中心，从此促进了各种产品的开发，从用于人造视网膜和加速器的超纳米晶金刚石薄膜，到可以吸收大量泄漏石油的特殊海绵。

    2020年，美国能源部阿贡国家实验室于2020年牵头组建Q-NEXT量子研究中心，专注于如何可靠地控制、存储和传输量子信息。

    从诞生至今77年，历史和实践见证阿贡成为从核能到计算机，从X射线科学到能量存储等许多科学领域的先驱。作为美国的第一个实验室，阿贡国家实验室拥有令人骄傲的科研传统，而这也将为今天和未来的研究奠定深厚的基础。