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作者： 记者 唐琳 来源： 发布时间：2016-11-16 18:59:10
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作为大名鼎鼎的美国能源部旗下众多实验室之一，坐落于美国爱荷华州埃姆斯市的埃姆斯实验室（Ames Laboratory）虽然不是其中最为有名的一个，但若是论功劳，绝对不输其他“同门”。
从战时专注原子能研究守卫国家安全，到和平年代不断革新材料与能源技术、努力改善美国民众的生活水平。60年来，埃姆斯实验室绝对称得上兢兢业业。
从点到面
埃姆斯实验室由美国原子能委员会于1947年成立。最初，实验室的工作内容十分“专一”，即致力于开发生产高纯度金属铀的最为有效的方法。
这一使命与当时的美国国情脱不开干系。1939年核裂变被发现后，美国政府意识到发展原子能的重要性，于是对国内相关领域的顶尖科学家们发出号召，希望各方团结一致，共同为之努力。
于是，1942年，爱荷华州立大学稀土化学专家Frank H. Spedding同意成立并运行一个化学研究与发展计划，用以配合已经存在的“曼哈顿计划”。这项计划被称为“埃姆斯计划”。
彼时，诺奖得主、物理学家费米坚信，一个裂变的铀原子可以释放出足够的中子来引起一项链式反应。而想要成功实现链式反应，就需要大量的、远超于当时商业制备水平能够生产出的高纯度金属铀。
在这一背景下，美国工业界和大学实验室纷纷着手，试图探寻一种更为高效的生产金属铀的方法。由Harley A. Wilhelm领导的埃姆斯团队也不例外，开始着手研发能够大幅降低金属锭铸造成本的纯铀。
1942年12月2日，人类第一台可控核反应堆在芝加哥大学首次运转成功，这可谓是原子时代的真正开端，因为这是人类第一次成功地进行了一次核链式反应。而“埃姆斯计划”在其中功不可没——在这次核链式反应中，三分之一的金属铀是由该计划提供的。
在证明核反应堆可控之后，美国对于纯铀的需求量再度攀升至一个新台阶。
1945年后，“埃姆斯计划”研发出熔炼与铸造金属铀的全新方法，并成功使铸造金属锭的成本下降了95%。这种工艺直到今天还依旧被沿用。
最终，“埃姆斯计划”总计为“曼哈顿计划”生产了超过1000吨铀，在战时保护美国国家安全和推进原子能发展方面做出了巨大贡献。
而今天，埃姆斯实验室的研究领域早已由“点”拓展到“面”：化学、材料学、工程学、环境学、数学以及物理学都在其研究范围之内。
在过去的60年里，埃姆斯实验室通过一系列科学发现与突破，在诸多领域改变和提高了美国人民的生活方式和生活水平，甚至推动了整个社会的进步。
比如，创建出高品质净化材料法，使科学家能够生产出纯净的稀土材料和其他材料；为分析实验室测试工具设定标准，使全球超过1.7万个分析实验室在电感耦合研究中受益；发明能够适应外部环境的超磁致伸缩材料，使机械能与电能可以相互转换，并在声纳技术中得到首次应用；设计和论证了光子带隙晶体的存在性，使其有可能应用于制造更精确、高效的激光器；开发出可承受1800摄氏度高温的强韧陶瓷胶，广泛应用于太阳能电池板阵列连接；研发出可用于工业水泵的硼铝镁合金涂层，减少了美国潜在的能源消耗量；开发出“左手材料”，帮助科学家创造超高分辨率成像系统；建立DNA测序新标准，使之能够定量分析单个人体血红细胞的化学成分，并彻底革新了这一化学分析领域；帮助确认第106号元素——钅喜的存在；研发出下一代制冷技术，并有望替代有害化学冷却剂……
创新“专家”
在美国能源部下属众多实验室中，埃姆斯实验室有些与众不同：它是唯一一个背靠当地研究型大学的实验室。而这所大学正是爱荷华州立大学。也许是为了向世人展示它们的“亲昵”，埃姆斯干脆“住”进了爱荷华州立大学的校园之内。
这种“联姻关系”可谓好处多多：不仅实验室内的大多数科学家和管理人员兼具大学的教员职位，同时，实验室也获得了源源不断的本科生与研究生资源。
目前，埃姆斯实验室共有全职、兼职雇员745名，实验室的宗旨是创新材料与能源解决方案，擅长领域包括材料的设计、合成与加工，分析仪器的设计与开发，催化，计算化学，凝聚物理论，计算材料科学以及材料理论。
此外，根据研究领域和职能不同，埃姆斯实验室的科学研究可以划分为六大部分。
其中，化学生物科学部的职能是开发和利用理论、计算、实验方法来研究团簇科学，成核、生物进程；材料科学与工程部负责支持实验室的大多数基础研究；仿真、模拟与决策科学部则专注于通过建立算法和模拟，为复杂系统提供解决方案；关键材料研究所汇集了来自美国能源部其他实验室、学术界以及工业界的顶尖研究人员，共同致力于对美国能源安全至关重要的稀土材料和其他材料的研究；材料制备中心聚焦于制备、提纯，以及稀土材料、碱土金属、难熔金属材料的表征研究；中西部取证资源中心则从个案援助、培训、教育和研究四大方面为地区犯罪实验室提供技术支持。
不得不提的是，埃姆斯实验室的环境管理计划在全球各大实验室中都可谓首屈一指。这一计划非常全面而系统，包括废物管理、污染防治、回收利用、文化资源、环境修复、现场环境报告以及危险废物回收等，足以可见埃姆斯在环境保护和促进可持续发展方面的决心与远见。■
《科学新闻》 (科学新闻2016年9月刊 实验室)
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