機(jī)構(gòu)概況

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

該實(shí)驗(yàn)室成立于1947年，歷史上該實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)有7個(gè)項(xiàng)目12人次獲得過諾貝爾獎(jiǎng)。目前實(shí)驗(yàn)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。

機(jī)構(gòu)任務(wù)

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

該實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(shí)施與應(yīng)用項(xiàng)目，支持DOE關(guān)于確保國(guó)家具備充足清潔而且經(jīng)濟(jì)的能源供應(yīng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，減少能源供應(yīng)中斷可能會(huì)對(duì)美國(guó)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，維持美國(guó)在能源供應(yīng)與使用方面的主導(dǎo)地位。

（2）儀器部。負(fù)責(zé)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目所需要的先進(jìn)技術(shù)，研究方向包括：半導(dǎo)體、氣體和低溫探測(cè)儀器，微電子，數(shù)據(jù)采集設(shè)備，光學(xué)測(cè)量設(shè)備等。

（3）環(huán)境科學(xué)部。負(fù)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(duì)于各種生態(tài)系統(tǒng)的影響。

（4）材料科學(xué)部。研究方向包括：各種超導(dǎo)氧化物的特性，超導(dǎo)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(jī)理，水泥玻璃材料特性的研究和開發(fā)等。

研究中心

“一群”協(xié)調(diào)運(yùn)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究中心，研究的重點(diǎn)是相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)物理計(jì)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(duì)論重離子物理。

計(jì)算科學(xué)中心：這里主要通過使用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)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(jì)算能力。這里擁有龐大的Linux群簇器和兩臺(tái)分別有12288個(gè)處理器的QCDOC計(jì)算機(jī)。

平移神經(jīng)成像中心：科學(xué)家們?cè)诹私饽X在細(xì)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(shí)理解人類行為和治療腦疾病，如進(jìn)食障礙、注意缺損障礙等方面相對(duì)落后。這個(gè)中心的宗旨就是采用補(bǔ)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(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(shí)間分辨光譜學(xué)方法和其他探測(cè)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(tái)MeV靜電加速器和一臺(tái)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(guó)際上公認(rèn)的專門技術(shù)，與理論和計(jì)算方法有強(qiáng)交互作用。

環(huán)境廢物技術(shù)中心：其宗旨是通過采用現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)、廢物成形、地球化學(xué)、材料技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(dāng)今危險(xiǎn)材料的管理問題。

國(guó)家核數(shù)據(jù)中心：該中心向美國(guó)和加拿大的用戶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(jié)構(gòu) 以及衰變數(shù)據(jù)方面的信息。

加速器物理中心：該中心是個(gè)跨部門單位，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(diào)運(yùn)動(dòng)的夸克與膠子之間的關(guān)系

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

國(guó)家宇航局空間輻射研究實(shí)驗(yàn)室 (NSRL)：是世界上僅有的幾個(gè)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(guó)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(guó)家同步輻射光源（NSLS）：這是一臺(tái)為產(chǎn)生可用于研究物質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的同步輻射而專門設(shè)計(jì)的加速器。在這里，通過真空窗口能夠看見藍(lán)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(yàn)?zāi)康?。它們還被用來給相對(duì)重離子對(duì)撞機(jī)提重離子。

高場(chǎng)核磁共振裝置：用于人的醫(yī)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(qiáng)的4個(gè)泰斯拉的整塊磁鐵的核磁共振儀器。

加速器測(cè)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。

正電子斷層照相（PET）設(shè)備：用來使腦成像，以便進(jìn)行治療人吸毒成癮、衰老過程藥物的研發(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(tái)皮秒激光-電子加速器裝置。

回旋加速器：由化學(xué)系運(yùn)行，60英寸的回旋加速器和40英寸“醫(yī)用回旋加速器”用來生產(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(yùn)行，用于材料表征的獨(dú)特探針。

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

研究重點(diǎn)

石墨研究反應(yīng)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(biāo)是以原子和分子為單位設(shè)計(jì)和組裝需要特性和功能的新材料。

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在生命科學(xué)方面所進(jìn)行的研究具有很長(zhǎng)和光榮的歷史，為DNA和蛋白質(zhì)、改變它們的細(xì)胞機(jī)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(shí)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面作出貢獻(xiàn)。

DNA的損傷和修補(bǔ)：布魯克海文的生物學(xué)家們研究細(xì)胞對(duì)受損DNA的反應(yīng)、生物化學(xué)和修補(bǔ)細(xì)菌、植物和動(dòng)物中DNA機(jī)制的遺傳學(xué)。現(xiàn)在，已經(jīng)開發(fā)出精確測(cè)量DNA損傷和修補(bǔ)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(bǔ)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(jìn)探測(cè)和量化空間輻射生物效應(yīng)的方法。該工作將幫助評(píng)估宇航員在執(zhí)行長(zhǎng)期空間任務(wù)時(shí)所面臨的輻射風(fēng)險(xiǎn)，并幫助改進(jìn)放射療法殺死癌細(xì)胞的潛力。在布魯克海文的國(guó)家宇航局輻射實(shí)驗(yàn)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輻射空間環(huán)境的幾個(gè)少數(shù)地點(diǎn)之一。

布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的國(guó)土安全研究項(xiàng)目：BNL國(guó)土安全研究項(xiàng)目的重點(diǎn)是開發(fā)保護(hù)美國(guó)國(guó)內(nèi)外國(guó)家安全利益所面臨挑戰(zhàn)的先進(jìn)的基于科學(xué)的解決方法。

高通量束流反應(yīng)堆HFBR

高能和核物理：經(jīng)過10年的預(yù)制研究和建造，相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC）于2000年投入運(yùn)行。世界上許多科學(xué)家利用這一對(duì)撞機(jī)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(duì)撞，從這些對(duì)撞中，物理學(xué)家們獲得的知識(shí)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(yùn)動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)。

锝-99m的開發(fā)：20世紀(jì)50年代，BNL的科學(xué)家Walter Tucker和Powell Richards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(duì)該示蹤元素的需求大增，現(xiàn)在美國(guó)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George Cotzias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(shí)現(xiàn)了自理。

心臟掃描：1990年，利用BNL的國(guó)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(guó)有500萬人患心臟病，開發(fā)這一方法對(duì)他們的動(dòng)脈造影，其危險(xiǎn)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(shí)驗(yàn)的過程中，他發(fā)現(xiàn)鹽的攝入量高對(duì)青年人危險(xiǎn)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，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(xì)胞上，醫(yī)生通過心臟和其他器官可看到血液的流動(dòng)。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(fù)荷實(shí)驗(yàn)，但只有少數(shù)人知道這些實(shí)驗(yàn)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。鉈-201多數(shù)集中在心臟肌肉內(nèi)，醫(yī)生用同位素照相機(jī)可以測(cè)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(duì)心臟受損情況進(jìn)行安全有效的診斷。鉈-201可用來診斷早期心臟病。

緩解癌癥疼痛:BNL的研究人員利用高通量束流反應(yīng)堆開發(fā)出一種放射性化合物，稱為錫-117m DPTA。20世紀(jì)90年代中期，在最初臨床實(shí)驗(yàn)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)家們開始研究如何通過分析注入到血流和被腫瘤吸收的放射性物質(zhì)的衰變來探測(cè)小型腦腫瘤。20世紀(jì)70年代，BNL的研究人員發(fā)現(xiàn)了將探測(cè)器數(shù)據(jù)重建成腦影象的方法，該工作是邁向現(xiàn)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開發(fā)了被稱為正電子斷層照相也稱“PET”的強(qiáng)有力的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，醫(yī)生可利用此項(xiàng)技術(shù)觀測(cè)人體內(nèi)器官的活動(dòng)情況，以便治療病人和開展醫(yī)學(xué)研究。BNL開發(fā)的放射性示蹤元素，一種稱為葡萄糖的18FDG幾乎用于每個(gè)PET中心對(duì)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(bǔ)充了其他兩種成像方法。

測(cè)量腦功能：PET的探測(cè)器可對(duì)人體特定部位進(jìn)行測(cè)量，如測(cè)量腦部有多少釋放出稱為正電子粒子的放射性示蹤元素。1983年，PET的開拓者Alfred Wolf做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將自己的頭放入BNL一臺(tái)PET機(jī)器的圓形陣列里，研究腦是如何發(fā)送和接收書面和口頭表達(dá)思想的。

毒癮研究：研究吸毒對(duì)人腦的影響。20世紀(jì)90年代初，BNL的科學(xué)家率先報(bào)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(tǒng)的活動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)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(xì)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(jié)構(gòu)的新方法，從而破譯了引起淋巴腺疾病的細(xì)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(yàn)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(gè)染色體水平上復(fù)制的Watson-Crick模型的第一個(gè)證據(jù)，該實(shí)驗(yàn)還首次從微觀上對(duì)“姊妹染色單體”進(jìn)行了識(shí)別。在研究細(xì)胞在體內(nèi)移動(dòng)和生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)后，1957年開展了首次人類臨床研究。

紫外光與癌：1979年，BNL的生物學(xué)家將人體皮膚細(xì)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(xì)胞變化到惡性階段前顯示出來。BNL的生物學(xué)家Richard Setlow在后來的實(shí)驗(yàn)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。

病毒機(jī)理：將來可能有一天，每個(gè)物種的DNA序列均有案可查。但在1982年，情況遠(yuǎn)非如此。BNL的科學(xué)家們完成了病毒T7的DNA序列確定，當(dāng)時(shí)已知它的DNA序列最長(zhǎng)。此工作證明了這一點(diǎn)，一共數(shù)出和認(rèn)出它的39，936個(gè)基對(duì)。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(xì)地了解這些病毒是如何控制自身復(fù)制的

研究成果

概述

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory，簡(jiǎn)稱BNL）位于紐約長(zhǎng)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(zhàn)時(shí)的美國(guó)陸軍厄普頓兵營(yíng)。BNL隸屬美國(guó)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(fù)責(zé)管理，有各類職員3000人，常年保持4000客座研究人員，年度研究經(jīng)費(fèi)超過4億美元。

美國(guó)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(jī)構(gòu)，對(duì)BNL規(guī)定的四項(xiàng)基本任務(wù)是：構(gòu)想、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行復(fù)雜、先進(jìn)的用戶裝置；在科學(xué)前沿開展長(zhǎng)期、高風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究；發(fā)展國(guó)家需要的先進(jìn)技術(shù)，并將其轉(zhuǎn)移給其他機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)部門，以及培養(yǎng)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(tái)開展研究用的反應(yīng)堆、回旋加速器、同步輻射光源，以及強(qiáng)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(shè)備。它開創(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(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(qiáng)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(qiáng)大的能力，取得多項(xiàng)令世界矚目的重大成果，并數(shù)次獲得諾貝爾獎(jiǎng)，成為著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(yīng)堆BGRR：1950開始運(yùn)行，1968年退役

高通量束流反應(yīng)堆HFBR：1965年開始運(yùn)行，1999年退役

醫(yī)學(xué)研究反應(yīng)堆BMRR：1959年開始運(yùn)行，2000年退役

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

交變梯度同步加速器AGS：1960年開始運(yùn)行，后來成為RHIC的注入器

超導(dǎo)加速器ISABELLE：1977年開始建設(shè)，因技術(shù)問題1983年停建，其隧道后來用于RHIC

相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)RHIC：經(jīng)10年預(yù)制研究和建造，2000年投入運(yùn)行

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

同步輻射光源NSLS-II：2008年開始建設(shè)，計(jì)劃2012年投入運(yùn)行

深紫外自由電子激光DUV-FEL：1995年開始建造，2002年建成

石墨研究反應(yīng)堆BGRR

BGRR（Brookhaven Graphite Research Reactor）是BNL的第一臺(tái)大反應(yīng)堆，也是二次大戰(zhàn)后美國(guó)在和平時(shí)期建造的第一臺(tái)反應(yīng)堆，1947年開始建設(shè)，1950年8月投入運(yùn)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(shí)驗(yàn)提供中子，改進(jìn)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(shí)驗(yàn)。1958年BNL設(shè)計(jì)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(huì)的批準(zhǔn)。BGRR提供了18年（1950年-1968年）的服務(wù)后永久停機(jī)，于20世紀(jì)末徹底退役。

高通量束流反應(yīng)堆HFBR

高通量束流反應(yīng)堆HFBR

HFBR（High Flux Beam Reactor）的中子通量不在堆芯內(nèi)達(dá)到最高值，而是在堆芯外面達(dá)到最大值，中子束流通過堆芯切線處出來的束流引出口隨時(shí)可供實(shí)驗(yàn)人員開展研究。1965年10月31日，HFBR首次實(shí)現(xiàn)了自我持續(xù)連鎖反應(yīng)。HFBR的設(shè)計(jì)功率40兆瓦，中子通量為1.6×1015 /厘米2/秒，比BGRR高50個(gè)數(shù)量級(jí)，1982年功率提高到60兆瓦，晚期低到30兆瓦。運(yùn)行30多年中通過正常的改進(jìn)升級(jí)，HFBR作為可依賴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(yī)學(xué)研究反應(yīng)堆BMRR

BMRR（Brookhaven Medical Research Reactor）是美國(guó)首次專為醫(yī)學(xué)研究建造的反應(yīng)堆，1959年3月15日開始運(yùn)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年開始建造第一臺(tái)質(zhì)子同步加速器，取名COSMOTRON，系世界上首臺(tái)將粒子加速到10億電子伏特級(jí)（GeV）的加速器（與簇射到地球外部大氣層的宇宙線能量相同）。COSMOTRON 1953年建造成功，能量達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)（3.3GeV），是當(dāng)時(shí)世界上能量最高的加速器，也是首臺(tái)為在加速器之外提供實(shí)驗(yàn)粒子束流的同步加速器。早期為實(shí)驗(yàn)引出的束流流強(qiáng)為100億個(gè)質(zhì)子/脈沖，到1966年時(shí)流強(qiáng)提高了近100倍。COSMOTRON是首臺(tái)產(chǎn)生所有已知宇宙中存在的正負(fù)介子的加速器，使發(fā)現(xiàn)K0L介子和第一個(gè)矢量介子成為可能。同時(shí)它還是首臺(tái)產(chǎn)生不穩(wěn)定重粒子的加速器，在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了相關(guān)奇異粒子產(chǎn)生的理論。因COSMOTRON在設(shè)計(jì)時(shí)存在固有的局限性而使其能量受到限制，運(yùn)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(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)33 GeV，用來將質(zhì)子和重離子加速到高能開展物理研究。該加速器在其運(yùn)行初期，束流的最高流強(qiáng)為3000億個(gè)質(zhì)子/脈沖，比原設(shè)計(jì)的流強(qiáng)高30倍。到1986年流強(qiáng)達(dá)到1012質(zhì)子/脈沖，比設(shè)計(jì)指標(biāo)高出1800倍?？茖W(xué)家們利用AGS開展物理實(shí)驗(yàn)，其中有四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。美國(guó)國(guó)家宇航局空間輻射研究實(shí)驗(yàn)室（NSRL）利用AGS引出的重離子束流開展放射性生物學(xué)的研究。

AGS屬固定靶實(shí)驗(yàn)，因技術(shù)原因一直無法實(shí)現(xiàn)加速束流的對(duì)撞，直到提出利用超導(dǎo)磁鐵建造兩個(gè)質(zhì)子交叉儲(chǔ)存環(huán)，才使束流對(duì)撞成為可能。

超導(dǎo)加速器ISABELLE

1975年第一塊1：1的超導(dǎo)磁鐵研制成功，其磁場(chǎng)強(qiáng)度超過了預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)值。1977年利用此技術(shù)開始建造一臺(tái)新的加速器ISABELLE，但1981年在制造超導(dǎo)磁鐵中遇到一些難以克服的技術(shù)問題而于1983年停建?？茖W(xué)家們繼續(xù)研究制定新的更先進(jìn)的加速設(shè)計(jì)方案。

相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)RHIC

1984年提出了建造相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)RHIC（Relativistic Heavy Ion Collider）的方案，使交叉的重離子束流發(fā)生對(duì)撞，尋找一種稱為夸克-膠子等離子體的物質(zhì)態(tài)。RHIC充分利用BNL原有的設(shè)備，將AGS作為注入器并利用原ISABELLE隧道。經(jīng)過10年的預(yù)制研究和建造，RHIC于2000年投入運(yùn)行，是目前世界上唯一的重離子對(duì)撞機(jī)，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(duì)撞。重離子從串列靜電加速器（Tendem）出發(fā)，經(jīng)過傳輸線HITL 送到直線加速器注入增強(qiáng)器，再送到交變梯度同步加速器AGS 加速，最后通過束流傳輸線ATR 注入RHIC。在RHIC 中，相互對(duì)撞的是同一種重離子，分別在兩個(gè)獨(dú)立的超導(dǎo)儲(chǔ)存環(huán)中積累、加速、儲(chǔ)存，并在六個(gè)對(duì)撞點(diǎn)交叉對(duì)撞。科學(xué)家利用RHIC研究宇宙大爆炸后早期現(xiàn)象，研究重離子對(duì)撞產(chǎn)生夸克-膠子等離子體等復(fù)雜過程。

同步輻射光源NSLS

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

除NSLS光源外，BNL還有強(qiáng)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(shè)備，使BNL具備了非常強(qiáng)大的支撐多學(xué)科研究的能力。

同步輻射光源NSLS-II

NSLSII的設(shè)計(jì)渲染圖

經(jīng)過20年的不斷改進(jìn)，NSLS的性能實(shí)際上已達(dá)到極限。保持和提高NSLS用戶的積極性和用戶的數(shù)量，需要繼續(xù)提供能夠滿足它們現(xiàn)在和將來科學(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。這一新的裝置被稱為NSLS-II，它將保留構(gòu)成現(xiàn)行NSLS研究特點(diǎn)的跨學(xué)科性質(zhì)，同時(shí)提供新的能力以滿足用戶的進(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(shè)計(jì)和加工工藝，可達(dá)到更強(qiáng)的X射線疊加效果，因此電子團(tuán)能量級(jí)別可有所減小，軌道可相應(yīng)減小，產(chǎn)生的X射線的亮度將比NSLS高10000倍，是先進(jìn)的中能電子儲(chǔ)存環(huán)（3 GeV）。NSLS-II的設(shè)計(jì)工作從2005年開始，2008年開始建造，計(jì)劃2012年投入運(yùn)行。

NSLS-II將為BNL帶來新的科學(xué)機(jī)遇，它所提供的各種能力的組合將在未來幾十年內(nèi)將對(duì)美國(guó)主要的科學(xué)研究項(xiàng)目產(chǎn)生重大影響，例如在國(guó)家衛(wèi)生研究院結(jié)構(gòu)基因組、能源部基因組到生命和其他主要研究項(xiàng)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(yàn)?zāi)芰Γ惶峁┓秶鷱V泛的納米分辨率探測(cè)器，滿足國(guó)家迅速增加的納米科學(xué)計(jì)劃；對(duì)決定地球和星體演化的過程提供新的解釋，這些研究項(xiàng)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(guó)能源部部長(zhǎng)朱棣文訪問BNL時(shí)宣布向該實(shí)驗(yàn)室投入1.84億美元資金，主要用于NSLS-II的研究。朱棣文強(qiáng)調(diào)：對(duì)于美國(guó)的經(jīng)濟(jì)繁榮來說，科技的領(lǐng)先地位是至關(guān)重要的，這個(gè)項(xiàng)目不僅能為經(jīng)濟(jì)的短期恢復(fù)提供幫助，最重要的是向代表了國(guó)家未來的基礎(chǔ)研究做了戰(zhàn)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(tái)型裝置，1995年開始設(shè)計(jì)和建造，2002年建成。DUV-FEL利用NSLS的直線加速器，先讓電子沿著直線加速器加速，之后電子通過正弦式軌跡激勵(lì)磁鐵（稱為插入件），同時(shí)與來自種子激光（seed laser）的光藕合，產(chǎn)生脈沖極強(qiáng)的高能光。由于這種光極為穩(wěn)定，每個(gè)脈沖持續(xù)不及兆分之一秒。短暫而強(qiáng)烈的光使研究者得以拍下化學(xué)反應(yīng)短暫分子變化過程的極速快照。

輝煌成就

作為一個(gè)實(shí)力強(qiáng)大的大型綜合性研究機(jī)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(duì)于現(xiàn)代粒子加速器利用有決定意義的強(qiáng)聚焦原理的發(fā)明。共有7項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)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(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)宇稱守恒破壞，榮獲1957年諾貝爾物理獎(jiǎng)。

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

James Cronin 和Val Fitch 1963年開始在BNL的AGS上開展物理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CP破缺，獲1980年諾貝爾物理獎(jiǎng)。

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

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

Roderic MacKinnon因闡明了離子通道的結(jié)構(gòu)和機(jī)理，與發(fā)現(xiàn)并描述了細(xì)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(jiǎng)。他們的研究中，基于同步輻射的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)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(jié)構(gòu)和功能研究的巨大貢獻(xiàn)，以期獲得2009年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

科研基地

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

除了納米研究中心，BNL還建有多個(gè)研究中心，包括：計(jì)算科學(xué)中心（用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)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(jì)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(xiǎn)材料的管理）、國(guó)家核數(shù)據(jù)中心（提供中子、帶電粒子和光核反應(yīng)、核結(jié)構(gòu)及衰變數(shù)據(jù)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(guó)際著名的大型綜合性科學(xué)研究基地。^[1]