布魯克海文國家實(shí)驗室（1947年在美國成立的實(shí)驗室）

機構概況

布魯克海文國家實(shí)驗室

該實(shí)驗室成立于1947年，歷史上該實(shí)驗室曾經(jīng)有7個(gè)項目12人次獲得過(guò)諾貝爾獎。目前實(shí)驗室擁有3000名員工，此外每年有超過(guò)4000名訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者在此工作。

機構任務(wù)

布魯克海文國家實(shí)驗室

該實(shí)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(shí)驗室所設置的研究部門(mén)包括：

（1）能源科學(xué)和技術(shù)部。該部門(mén)通過(guò)從事基礎科學(xué)與應用科學(xué)研究開(kāi)發(fā)和技術(shù)實(shí)施與應用項目，支持DOE關(guān)于確保國家具備充足清潔而且經(jīng)濟的能源供應目標的實(shí)現，減少能源供應中斷可能會(huì )對美國造成的損害，推進(jìn)替代能源和可再生能源技術(shù)，增加可供選擇的能源種類(lèi)，維持美國在能源供應與使用方面的主導地位。

（2）儀器部。負責開(kāi)發(fā)實(shí)驗室項目所需要的先進(jìn)技術(shù)，研究方向包括：半導體、氣體和低溫探測儀器，微電子，數據采集設備，光學(xué)測量設備等。

（3）環(huán)境科學(xué)部。負責自然環(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設置“富集的游離CO2氣體生態(tài)學(xué)研究中心”，研究空氣中過(guò)量的CO2對于各種生態(tài)系統的影響。

（4）材料科學(xué)部。研究方向包括：各種超導氧化物的特性，超導體特性描述和制作，先進(jìn)的永磁材料的特性，電池和燃料電池材料的合成，金屬鈍化和局部腐蝕的機理，水泥玻璃材料特性的研究和開(kāi)發(fā)等。

研究中心

“一群”協(xié)調運動(dòng)的夸克與膠子之間的關(guān)系

RIKEN BNL研究中心：該中心是日本理化所建在布魯克海文國家實(shí)驗室的一個(gè)研究中心，研究的重點(diǎn)是相對論重離子對撞機物理計劃、硬量子色動(dòng)力學(xué)/自旋物理、格點(diǎn)量子色動(dòng)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(guò)使用最先進(jìn)的計算機為從事生物學(xué)、化學(xué)、物理、應用數學(xué)、醫學(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(gè)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(jìn)展。但用這一知識理解人類(lèi)行為和治療腦疾病，如進(jìn)食障礙、注意缺損障礙等方面相對落后。這個(gè)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(lái)解決這個(gè)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(guò)使樣品產(chǎn)生高能電子脈沖，研究化學(xué)反應和其他現象。這些反應由各種時(shí)間分辨光譜學(xué)方法和其他探測技術(shù)進(jìn)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的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，與理論和計算方法有強交互作用。

環(huán)境廢物技術(shù)中心：其宗旨是通過(guò)采用現場(chǎng)技術(shù)、廢物成形、地球化學(xué)、材料技術(shù)、風(fēng)險評估和排除污染以及退役領(lǐng)域里的創(chuàng )新性和實(shí)用的解決辦法，解決當今危險材料的管理問(wèn)題。

國家核數據中心：該中心向美國和加拿大的用戶(hù)提供低能和中能核物理領(lǐng)域里信息服務(wù)。特別是能夠提供中子、帶電粒子和光核反映、核結構 以及衰變數據方面的信息。

加速器物理中心：該中心是個(gè)跨部門(mén)單位，其任務(wù)是促進(jìn)加速器物理的演技和教育。

研究裝置

“一群”協(xié)調運動(dòng)的夸克與膠子之間的關(guān)系

布魯克海文國家實(shí)驗室

國家宇航局空間輻射研究實(shí)驗室 (NSRL)：是世界上僅有的幾個(gè)能夠模擬空間發(fā)現的苛刻的宇宙和太陽(yáng)輻射環(huán)境的設施之一。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(kāi)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)精細結構的同步輻射而專(zhuān)門(mén)設計的加速器。在這里，通過(guò)真空窗口能夠看見(jiàn)藍色的同步輻射光。

串聯(lián)靜電加速器：被用來(lái)使物質(zhì)與離子撞擊，用于加工和試驗目的。它們還被用來(lái)給相對重離子對撞機提重離子。

高場(chǎng)核磁共振裝置：用于人的醫學(xué)成像研究。它有一個(gè)能夠產(chǎn)生世界上用于人體研究最高場(chǎng)強的4個(gè)泰斯拉的整塊磁鐵的核磁共振儀器。

加速器測試設備：用來(lái)研究粒子加速和產(chǎn)生更亮用于應用研究的X射線(xiàn)束流。

正電子斷層照相（PET）設備：用來(lái)使腦成像，以便進(jìn)行治療人吸毒成癮、衰老過(guò)程藥物的研發(fā)。

激光電子加速器裝置（LEAF）：這是BNL輻射化學(xué)研究中心的一臺皮秒激光-電子加速器裝置。

回旋加速器：由化學(xué)系運行，60英寸的回旋加速器和40英寸“醫用回旋加速器”用來(lái)生產(chǎn)用于正電子斷層照相裝置和核磁共振裝置研究的放射性試劑。

透射電子顯微鏡：由能源科學(xué)和技術(shù)系運行，用于材料表征的獨特探針。

掃描透射電子顯微鏡：由生物系運行。這是一定制的為使帶有最小輻射損傷無(wú)污垢的生物分子進(jìn)行優(yōu)化的電子顯微鏡。

研究重點(diǎn)

石墨研究反應堆BGRR

納米科學(xué)是研究超小尺度—— 納米尺度，即0.000000001米時(shí)的物質(zhì)。

納米尺度科學(xué)、工程和技術(shù)是一個(gè)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。他們的目標是以原子和分子為單位設計和組裝需要特性和功能的新材料。

布魯克海文國家實(shí)驗室在生命科學(xué)方面所進(jìn)行的研究具有很長(cháng)和光榮的歷史，為DNA和蛋白質(zhì)、改變它們的細胞機制、開(kāi)發(fā)研究人類(lèi)疾病的成像技術(shù)的基礎研究和基于從這些研究得到的知識的生物醫學(xué)應用方面作出貢獻。

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、生物化學(xué)和修補細菌、植物和動(dòng)物中DNA機制的遺傳學(xué)。現在，已經(jīng)開(kāi)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(kāi)發(fā)出排列人類(lèi)染色體困難區域先后順序的技術(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。

空間生物醫學(xué)研究：布魯克海文的科學(xué)家們正在不斷改進(jìn)探測和量化空間輻射生物效應的方法。該工作將幫助評估宇航員在執行長(cháng)期空間任務(wù)時(shí)所面臨的輻射風(fēng)險，并幫助改進(jìn)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(shí)驗室是世界上能夠模擬進(jìn)行這一研究需要苛刻的宇宙和太陽(yáng)輻射空間環(huán)境的幾個(gè)少數地點(diǎn)之一。

布魯克海文實(shí)驗室的國土安全研究項目：BNL國土安全研究項目的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)保護美國國內外國家安全利益所面臨挑戰的先進(jìn)的基于科學(xué)的解決方法。

高通量束流反應堆HFBR

高能和核物理：經(jīng)過(guò)10年的預制研究和建造，相對論重離子對撞機（RHIC）于2000年投入運行。世界上許多科學(xué)家利用這一對撞機研究宇宙形成后頭幾分鐘是何情景。RHIC使兩個(gè)金離子束發(fā)生亞原子對撞，從這些對撞中，物理學(xué)家們獲得的知識可能會(huì )有助于我們了解小到亞原子粒子大到星體的物質(zhì)世界為什么會(huì )按其運動(dòng)的方式運動(dòng)。

锝-99m的開(kāi)發(fā)：20世紀50年代，BNL的科學(xué)家Walter Tucker和Powell Richards開(kāi)發(fā)出放射性示蹤元素锝-99m。1966年起，由于锝-99m幾乎可用于體內任何器官的造影，世界對該示蹤元素的需求大增，現在美國每年在1300萬(wàn)核醫療過(guò)程中使用它。

帕金森病的研究：20世紀60年代，BNL的科學(xué)家George Cotzias開(kāi)始研究用左旋-多巴治療帕金森病。在尚無(wú)良藥的情況下，左旋-多巴幫助許多患者在生活上實(shí)現了自理。

心臟掃描：1990年，利用BNL的國家同步光源，首次將人類(lèi)心臟顯影，采用的技術(shù)稱(chēng)為經(jīng)靜脈血管造影技術(shù)。美國有500萬(wàn)人患心臟病，開(kāi)發(fā)這一方法對他們的動(dòng)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Lewis Dahl開(kāi)始從事具有開(kāi)創(chuàng )性的鹽與高血壓有關(guān)的研究。在25年實(shí)驗的過(guò)程中，他發(fā)現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致開(kāi)發(fā)出醫用放射性同位素。在早期開(kāi)發(fā)锝-99m的基礎上，Suresh Srivastava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，醫生通過(guò)心臟和其他器官可看到血液的流動(dòng)。到20世紀中葉，該工具盒在世界上得到廣泛應用。

心臟健康檢查：世界上成千上萬(wàn)的病人都接受過(guò)心臟負荷實(shí)驗，但只有少數人知道這些實(shí)驗使用的是鉈-201。鉈-201是在BNL60英寸的回旋加速器上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。鉈-201多數集中在心臟肌肉內，醫生用同位素照相機可以測量它的分布。將放射性同位素注入心臟病病危者的血流中，可對心臟受損情況進(jìn)行安全有效的診斷。鉈-201可用來(lái)診斷早期心臟病。

緩解癌癥疼痛:BNL的研究人員利用高通量束流反應堆開(kāi)發(fā)出一種放射性化合物，稱(chēng)為錫-117m DPTA。20世紀90年代中期，在最初臨床實(shí)驗中，使用這一放射性同位素的癌癥患者中80%疼痛有所緩解，20%的患者疼痛幾乎消失。

正電子斷層掃描儀:1961年，BNL的化學(xué)家們開(kāi)始研究如何通過(guò)分析注入到血流和被腫瘤吸收的放射性物質(zhì)的衰變來(lái)探測小型腦腫瘤。20世紀70年代，BNL的研究人員發(fā)現了將探測器數據重建成腦影象的方法，該工作是邁向現代正電子斷層掃描儀的重要的一步。

核磁共振成像技術(shù)：BNL開(kāi)發(fā)了被稱(chēng)為正電子斷層照相也稱(chēng)“PET”的強有力的醫學(xué)成像技術(shù)，醫生可利用此項技術(shù)觀(guān)測人體內器官的活動(dòng)情況，以便治療病人和開(kāi)展醫學(xué)研究。BNL開(kāi)發(fā)的放射性示蹤元素，一種稱(chēng)為葡萄糖的18FDG幾乎用于每個(gè)PET中心對癌癥的診斷。作為成像和神經(jīng)科學(xué)中心的一部分，BNL研制的核磁共振成像裝置為研究人的心臟及人腦補充了其他兩種成像方法。

測量腦功能：PET的探測器可對人體特定部位進(jìn)行測量，如測量腦部有多少釋放出稱(chēng)為正電子粒子的放射性示蹤元素。1983年，PET的開(kāi)拓者Alfred Wolf做了一項實(shí)驗，將自己的頭放入BNL一臺PET機器的圓形陣列里，研究腦是如何發(fā)送和接收書(shū)面和口頭表達思想的。

毒癮研究：研究吸毒對人腦的影響。20世紀90年代初，BNL的科學(xué)家率先報道了吸食可卡因和海洛因及嗜酒精成癮的人抑制了其腦多巴胺系統的活動(dòng)。這一發(fā)現也適用于吸食甲苯丙胺成癮和受肥胖困擾的人。BNL的研究為治療吸毒提出了新的方法。

花的提示：從1958年開(kāi)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。

基因突破：1992年，BNL的生物學(xué)家們首創(chuàng )了一種解密DNA結構的新方法，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分子結構模型。另人驚訝的結果提供了DNA在單個(gè)染色體水平上復制的Watson-Crick模型的第一個(gè)證據，該實(shí)驗還首次從微觀(guān)上對“姊妹染色單體”進(jìn)行了識別。在研究細胞在體內移動(dòng)和生長(cháng)過(guò)程中，證明氚胸腺嘧啶核甙也是有用的。經(jīng)過(guò)用老鼠做的初步實(shí)驗后，1957年開(kāi)展了首次人類(lèi)臨床研究。

紫外光與癌：1979年，BNL的生物學(xué)家將人體皮膚細胞置于幾個(gè)小劑量的紫外光下照射，模擬接受多次小劑量陽(yáng)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(lái)。BNL的生物學(xué)家Richard Setlow在后來(lái)的實(shí)驗中，使用劍尾魚(yú)屬逆代雜交魚(yú)來(lái)顯示惡性黑素瘤可由紫外光-A和紫外光-B誘發(fā)。而以前，只認為紫外光-B的照射可引發(fā)這類(lèi)皮膚癌。

病毒機理：將來(lái)可能有一天，每個(gè)物種的DNA序列均有案可查。但在1982年，情況遠非如此。BNL的科學(xué)家們完成了病毒T7的DNA序列確定，當時(shí)已知它的DNA序列最長(cháng)。此工作證明了這一點(diǎn)，一共數出和認出它的39，936個(gè)基對。遺傳圖與病毒T7的蛋白質(zhì)產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)，蛋白質(zhì)的產(chǎn)生使人們能詳細地了解這些病毒是如何控制自身復制的

研究成果

概述

布魯克海文國家實(shí)驗室（Brookhaven National Laboratory，簡(jiǎn)稱(chēng)BNL）位于紐約長(cháng)島薩福爾克縣（SUFFOLK COUNTY）中部，建立于1947年，占地5300英畝。原場(chǎng)地為第一、二次世界大戰時(shí)的美國陸軍厄普頓兵營(yíng)。BNL隸屬美國能源部，由紐約州立石溪大學(xué)和BATTELLE成立的公司布魯克海文科學(xué)學(xué)會(huì )負責管理，有各類(lèi)職員3000人，常年保持4000客座研究人員，年度研究經(jīng)費超過(guò)4億美元。

美國能源部在BNL建立之始就將其定位為一個(gè)大型綜合性研究機構，對BNL規定的四項基本任務(wù)是：構想、設計、建造和運行復雜、先進(jìn)的用戶(hù)裝置；在科學(xué)前沿開(kāi)展長(cháng)期、高風(fēng)險的基礎研究和應用研究；發(fā)展國家需要的先進(jìn)技術(shù)，并將其轉移給其他機構和產(chǎn)業(yè)部門(mén)，以及培養新一代科學(xué)家和工程師；提高公眾的科學(xué)精神。

經(jīng)歷了50余年的發(fā)展，BNL擁有3臺開(kāi)展研究用的反應堆、回旋加速器、同步輻射光源，以及強場(chǎng)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備。它開(kāi)創(chuàng )了核技術(shù)、高能物理、納米技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的研究，還在生物、化學(xué)、醫學(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(kāi)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，并數次獲得諾貝爾獎，成為著(zhù)名的大型綜合性科學(xué)研究基地。

BNL的大科學(xué)裝置群

石墨研究反應堆BGRR：1950開(kāi)始運行，1968年退役

高通量束流反應堆HFBR：1965年開(kāi)始運行，1999年退役

醫學(xué)研究反應堆BMRR：1959年開(kāi)始運行，2000年退役

質(zhì)子同步加速器COSMOTRON：1948年建造，1953年開(kāi)始運行，1966年關(guān)閉

交變梯度同步加速器AGS：1960年開(kāi)始運行，后來(lái)成為RHIC的注入器

超導加速器ISABELLE：1977年開(kāi)始建設，因技術(shù)問(wèn)題1983年停建，其隧道后來(lái)用于RHIC

相對論重離子對撞機RHIC：經(jīng)10年預制研究和建造，2000年投入運行

同步輻射光源NSLS：1978年開(kāi)始建設，真空紫外環(huán)1984年開(kāi)始運行，X環(huán)1986年開(kāi)始運行

同步輻射光源NSLS-II：2008年開(kāi)始建設，計劃2012年投入運行

深紫外自由電子激光DUV-FEL：1995年開(kāi)始建造，2002年建成

石墨研究反應堆BGRR

BGRR（Brookhaven Graphite Research Reactor）是BNL的第一臺大反應堆，也是二次大戰后美國在和平時(shí)期建造的第一臺反應堆，1947年開(kāi)始建設，1950年8月投入運行。BGRR由重700噸25英尺的石墨立方體構成，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(shí)驗提供中子，改進(jìn)反應堆技術(shù)。1955年，BGRR的中子通量已明顯不足以支持所提出的實(shí)驗。1958年BNL設計了新型的反應堆，即高通量束流反應堆（HFBR），獲得原子能委員會(huì )的批準。BGRR提供了18年（1950年-1968年）的服務(wù)后永久停機，于20世紀末徹底退役。

高通量束流反應堆HFBR

高通量束流反應堆HFBR

HFBR（High Flux Beam Reactor）的中子通量不在堆芯內達到最高值，而是在堆芯外面達到最大值，中子束流通過(guò)堆芯切線(xiàn)處出來(lái)的束流引出口隨時(shí)可供實(shí)驗人員開(kāi)展研究。1965年10月31日，HFBR首次實(shí)現了自我持續連鎖反應。HFBR的設計功率40兆瓦，中子通量為1.6×1015 /厘米2/秒，比BGRR高50個(gè)數量級，1982年功率提高到60兆瓦，晚期低到30兆瓦。運行30多年中通過(guò)正常的改進(jìn)升級，HFBR作為可依賴(lài)的中子源在使用上創(chuàng )造了令人羨慕的記錄，1999年永久退役。

醫學(xué)研究反應堆BMRR

BMRR（Brookhaven Medical Research Reactor）是美國首次專(zhuān)為醫學(xué)研究建造的反應堆，1959年3月15日開(kāi)始運行，直到2000年12月。它產(chǎn)生的最大中子通量為2×1012/厘米2/秒。

質(zhì)子同步加速器COSMOTRON

BNL于1948年開(kāi)始建造第一臺質(zhì)子同步加速器，取名COSMOTRON，系世界上首臺將粒子加速到10億電子伏特級（GeV）的加速器（與簇射到地球外部大氣層的宇宙線(xiàn)能量相同）。COSMOTRON 1953年建造成功，能量達到設計指標（3.3GeV），是當時(shí)世界上能量最高的加速器，也是首臺為在加速器之外提供實(shí)驗粒子束流的同步加速器。早期為實(shí)驗引出的束流流強為100億個(gè)質(zhì)子/脈沖，到1966年時(shí)流強提高了近100倍。COSMOTRON是首臺產(chǎn)生所有已知宇宙中存在的正負介子的加速器，使發(fā)現K0L介子和第一個(gè)矢量介子成為可能。同時(shí)它還是首臺產(chǎn)生不穩定重粒子的加速器，在實(shí)驗中證實(shí)了相關(guān)奇異粒子產(chǎn)生的理論。因COSMOTRON在設計時(shí)存在固有的局限性而使其能量受到限制，運行14 年后于1966年關(guān)閉，1969年拆除。

交變梯度同步加速器AGS

隨著(zhù)加速器技術(shù)的發(fā)展，為將質(zhì)子加速到更高的能量，BNL1960年建成了直徑843英尺的交變梯度同步加速器AGS（Alternating Gradient Synchrotron），能量達到設計指標33 GeV，用來(lái)將質(zhì)子和重離子加速到高能開(kāi)展物理研究。該加速器在其運行初期，束流的最高流強為3000億個(gè)質(zhì)子/脈沖，比原設計的流強高30倍。到1986年流強達到1012質(zhì)子/脈沖，比設計指標高出1800倍。科學(xué)家們利用AGS開(kāi)展物理實(shí)驗，其中有四項實(shí)驗結果獲諾貝爾物理獎。美國國家宇航局空間輻射研究實(shí)驗室（NSRL）利用AGS引出的重離子束流開(kāi)展放射性生物學(xué)的研究。

AGS屬固定靶實(shí)驗，因技術(shù)原因一直無(wú)法實(shí)現加速束流的對撞，直到提出利用超導磁鐵建造兩個(gè)質(zhì)子交叉儲存環(huán)，才使束流對撞成為可能。

超導加速器ISABELLE

1975年第一塊1：1的超導磁鐵研制成功，其磁場(chǎng)強度超過(guò)了預計設計值。1977年利用此技術(shù)開(kāi)始建造一臺新的加速器ISABELLE，但1981年在制造超導磁鐵中遇到一些難以克服的技術(shù)問(wèn)題而于1983年停建。科學(xué)家們繼續研究制定新的更先進(jìn)的加速設計方案。

相對論重離子對撞機RHIC

1984年提出了建造相對論重離子對撞機RHIC（Relativistic Heavy Ion Collider）的方案，使交叉的重離子束流發(fā)生對撞，尋找一種稱(chēng)為夸克-膠子等離子體的物質(zhì)態(tài)。RHIC充分利用BNL原有的設備，將AGS作為注入器并利用原ISABELLE隧道。經(jīng)過(guò)10年的預制研究和建造，RHIC于2000年投入運行，是目前世界上唯一的重離子對撞機，它可以加速從質(zhì)子（250 GeV）直到金離子（100 GeV/核子）的各種離子并使之對撞。重離子從串列靜電加速器（Tendem）出發(fā)，經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)HITL 送到直線(xiàn)加速器注入增強器，再送到交變梯度同步加速器AGS 加速，最后通過(guò)束流傳輸線(xiàn)ATR 注入RHIC。在RHIC 中，相互對撞的是同一種重離子，分別在兩個(gè)獨立的超導儲存環(huán)中積累、加速、儲存，并在六個(gè)對撞點(diǎn)交叉對撞。科學(xué)家利用RHIC研究宇宙大爆炸后早期現象，研究重離子對撞產(chǎn)生夸克-膠子等離子體等復雜過(guò)程。

同步輻射光源NSLS

布魯克海文國家實(shí)驗室

除NSLS光源外，BNL還有強場(chǎng)核磁共振儀、30kV投射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、正電子斷層成像儀、生產(chǎn)放射性示蹤劑的回旋加速器等一大批大型儀器和設備，使BNL具備了非常強大的支撐多學(xué)科研究的能力。

同步輻射光源NSLS-II

NSLSII的設計渲染圖

經(jīng)過(guò)20年的不斷改進(jìn)，NSLS的性能實(shí)際上已達到極限。保持和提高NSLS用戶(hù)的積極性和用戶(hù)的數量，需要繼續提供能夠滿(mǎn)足它們現在和將來(lái)科學(xué)上的需要，研制能提供更高的平均亮度和通量的新裝置已不得不提上議事日程。這一新的裝置被稱(chēng)為NSLS-II，它將保留構成現行NSLS研究特點(diǎn)的跨學(xué)科性質(zhì)，同時(shí)提供新的能力以滿(mǎn)足用戶(hù)的進(jìn)一步要求。

NSLS-II仍屬第三代同步輻射光源，其波蕩器采用了全新的設計和加工工藝，可達到更強的X射線(xiàn)疊加效果，因此電子團能量級別可有所減小，軌道可相應減小，產(chǎn)生的X射線(xiàn)的亮度將比NSLS高10000倍，是先進(jìn)的中能電子儲存環(huán)（3 GeV）。NSLS-II的設計工作從2005年開(kāi)始，2008年開(kāi)始建造，計劃2012年投入運行。

NSLS-II將為BNL帶來(lái)新的科學(xué)機遇，它所提供的各種能力的組合將在未來(lái)幾十年內將對美國主要的科學(xué)研究項目產(chǎn)生重大影響，例如在國家衛生研究院結構基因組、能源部基因組到生命和其他主要研究項目中起關(guān)鍵作用；大大提高研究凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的實(shí)驗能力；提供范圍廣泛的納米分辨率探測器，滿(mǎn)足國家迅速增加的納米科學(xué)計劃；對決定地球和星體演化的過(guò)程提供新的解釋?zhuān)@些研究項目涵蓋了生命科學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)科學(xué)、納米科學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等廣泛的不同學(xué)科和研究領(lǐng)域。

2009年3月23日，美國能源部部長(cháng)朱棣文訪(fǎng)問(wèn)BNL時(shí)宣布向該實(shí)驗室投入1.84億美元資金，主要用于NSLS-II的研究。朱棣文強調：對于美國的經(jīng)濟繁榮來(lái)說(shuō)，科技的領(lǐng)先地位是至關(guān)重要的，這個(gè)項目不僅能為經(jīng)濟的短期恢復提供幫助，最重要的是向代表了國家未來(lái)的基礎研究做了戰略投資。

深紫外自由電子激光DUV-FEL

深紫外自由電子激光DUV-FEL（Deep Ultra-violet Free Electron Laser）也是研究平臺型裝置，1995年開(kāi)始設計和建造，2002年建成。DUV-FEL利用NSLS的直線(xiàn)加速器，先讓電子沿著(zhù)直線(xiàn)加速器加速，之后電子通過(guò)正弦式軌跡激勵磁鐵（稱(chēng)為插入件），同時(shí)與來(lái)自種子激光（seed laser）的光藕合，產(chǎn)生脈沖極強的高能光。由于這種光極為穩定，每個(gè)脈沖持續不及兆分之一秒。短暫而強烈的光使研究者得以拍下化學(xué)反應短暫分子變化過(guò)程的極速快照。

輝煌成就

作為一個(gè)實(shí)力強大的大型綜合性研究機構，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、J/y粒子的發(fā)現、CP破壞、宇稱(chēng)破缺和太陽(yáng)中微子研究中的先驅性工作等。在多學(xué)科研究中有利用X射線(xiàn)和中子開(kāi)展生物樣品研究這樣導致結構生物學(xué)的開(kāi)創(chuàng )性工作，用于醫學(xué)的L-多巴、和鉈-201、锝-99m放射性核素的發(fā)明、以及X射線(xiàn)心血管造影術(shù)的發(fā)展。高技術(shù)方面有磁懸浮列車(chē)技術(shù)的發(fā)展。加速器技術(shù)方面有對于現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(shí)驗的結果，發(fā)現宇稱(chēng)守恒破壞，榮獲1957年諾貝爾物理獎。

丁肇中1974年利用BNL的AGS加速器開(kāi)展物理實(shí)驗，與在SLAC加速器上開(kāi)展實(shí)驗的里克特同時(shí)發(fā)現粲夸克，獲1976年諾貝爾物理獎。

James Cronin 和Val Fitch 1963年開(kāi)始在BNL的AGS上開(kāi)展物理實(shí)驗，結果發(fā)現CP破缺，獲1980年諾貝爾物理獎。

Leon Lederman，Melvin Schwartz和Jack Staeinberger 1962年在BNL的AGS上開(kāi)展物理實(shí)驗中發(fā)現μ子-中微子，獲1988年諾貝爾物理獎。

Raymond Davis Jr.因探測到太陽(yáng)中微子，與日本的Masatoshi Koshiba和美國的Riccardo Giacconi一起獲2002年諾貝爾物理獎。

Roderic MacKinnon因闡明了離子通道的結構和機理，與發(fā)現并描述了細胞膜水通道蛋白質(zhì)特性的Peter Agre分享了2003年諾貝爾化學(xué)獎。他們的研究中，基于同步輻射的蛋白質(zhì)結構測定發(fā)揮了很關(guān)鍵的作用，部分研究在NSLS上完成。

Venkatraman Ramakrishnan 和 Thomas A. Steitz 因在核糖體結構和功能研究的巨大貢獻，以期獲得2009年諾貝爾化學(xué)獎。

科研基地

布魯克海文國家實(shí)驗室

除了納米研究中心，BNL還建有多個(gè)研究中心，包括：計算科學(xué)中心（用最先進(jìn)的計算機為從事生物學(xué)、化學(xué)、物理、應用數學(xué)、醫學(xué)和納米科學(xué)的研究人員提供分析計算能力）、平移神經(jīng)成像中心（正電子斷層照相和核磁共振成像等腦成像工具網(wǎng)絡(luò )）、放射化學(xué)研究中心（擁有皮秒激光-電子加速器裝置LEAF，MeV靜電加速器和鈷-60源）、分子科學(xué)光譜學(xué)中心（高分辨率激光光譜研究）、環(huán)境廢物技術(shù)中心（解決危險材料的管理）、國家核數據中心（提供中子、帶電粒子和光核反應、核結構及衰變數據的信息）、加速器物理中心（加速器物理研究）、RIKEN BNL研究中心（日本理化所建）等。BNL已經(jīng)成為國際著(zhù)名的大型綜合性科學(xué)研究基地。^[1]