撰文 | 小溪

“小男孩”是谁？对世界近代历史有些了解的人才知道“小男孩”是第二次世界大战期间美军首枚用于实战的原子弹(1945年8月6日在日本长岛上空投掷)，三天后在日本长崎上空投掷的第二枚原子弹名为“胖子”。“小男孩”与“胖子”使气焰仍嚣张的日本军彻底丧失了元气，日本天皇不得不于1945年8月15日宣布投降。

美军在日本广岛上空投掷了原子弹“小男孩”(图片来自网络)

“小男孩”的诞生地是哪里呢？这在当时这可是个高级别的秘密。70多年过去了，那个神秘的地方现在怎样了？

1939年初，因世界战乱而流亡美国的一些科学家得知纳粹德国正在研制原子弹的消息后为世界可能发生巨大的核灾难而忧心，他们认为只有赶在纳粹德国之前造出原子弹才能阻止灾难的发生。一封由著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)签名的信想要递交给美国时任总统富兰克林·罗斯福(Franklin Roosevelt)。此信谈到用铀制造原子弹的原理可行，纳粹德国已开始类似研究，描述了原子弹的巨大威力及研制原子弹的重要性，建议罗斯福总统尽快安排人力、物力投入制造原子弹的相关研究。

爱因斯坦1939年8月2日递交罗斯福总统的信(图片来自网络)

1939年8月2日，爱因斯坦将这封信交给了罗斯福总统的科学顾问亚历山大·萨克斯(Alexander Sachs)博士，可直到10月11日，萨克斯才找到机会面见罗斯福总统递交了此信，他恳请罗斯福总统充分重视科学家们的建议。罗斯福总统最终将自己的军事顾问陆军少将埃德温·马丁·沃森(Edwin Martin Watson)召来商议了此事。

在罗斯福总统的授意下，1939年10月12日美国成立了一个“铀顾问委员会(Advisory Committeeon Uranium)”，负责开展利用核裂变效应制造核武器的可行性研究。一个绝密级的研制原子弹计划于1941年12月6日正式得到罗斯福总统的批准。该计划旨在将近年获得的相关研究成果与研制核武器及核能利用的目标相结合，抢在纳粹德国之前造出原子弹，即尽早为美军提供原子弹武器。这个计划后来被称为“曼哈顿计划(Manhattan Project)”。由于当时从技术上还不能确定制造原子弹所需铀235的三种裂变方法哪种效果最好，只得采用了几种方法同时并进研制的方案，这使整个“曼哈顿计划”的规模十分庞大。

出于高度保密的原因，与“曼哈顿计划”相关的实验室和工厂都建在偏远的隐蔽之处。作为“曼哈顿计划”的一部分，1943年2月在美国田纳西州诺克斯维尔以西约30公里的黑橡树岭山谷(Black Oak Ridge)附近建立了一个秘密实验室(用于进行大规模分离制造原子弹所需的铀并试生产裂变威力更大的钚)。因不远处有个名为“克林顿(Clinton)”的小镇，该实验室最初被称为“克林顿实验室(Clinton Laboratories)”，这个地方在当时的地图上几乎找不到。

克林顿实验室(黑橡树岭山谷)位置示意图(图片来自网络)

克林顿实验室鸟瞰(图片来自网络)

“克林顿实验室”召集了数千名科学家、工程师及工作人员，在那里建成了三座大型核设施：浓缩铀235设施(代号“Y-12”)、更为经济的超大规模电磁分离铀235设施(代号“K-25”)、铀转化为钚的石墨原子反应堆(代号“X-10”)。

浓缩铀设施K-25外景(图片来自网络)

电磁分离铀设施Y-12外景(图片来自网络)

铀转化为钚设施X-10反应堆外景(图片来自网络)

“曼哈顿计划”进展顺利，制造出三枚原子弹，分别为“小玩意(Gadget)”、“小男孩(Little Boy)”和“胖子(Fat Man)”。“小玩意”用于1945年7月16日人类史上进行的第一次核试验。“小男孩”于1945年8月6日由美军飞机在日本长岛上空投掷，首次投入实战，而“胖子”则于3天后在日本长崎上空投掷。

铀基原子弹“小男孩”的诞生地正是当时那个神秘的“克林顿实验室”(“胖子”的诞生地不是这里)。

“小男孩(Little Boy)”(图片来自网络)

随着第二次世界大战的终结，“曼哈顿计划”完成了预定任务。1947年1月1日，新成立的美国原子能委员会(U.S. Atomic Energy Commission，AEC)接手管理“曼哈顿计划”的相关设施。“克林顿实验室”更名为“克林顿国家实验室(Clinton National Laboratories)”，1948年2月1日又被正式命名为“橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)”。1974年底，国会曾将该实验室更名为霍利菲尔德国家实验室(Holifield National Laboratory)，1975年底，国会又作出了将该实验室恢复“橡树岭国家实验室”名称的决定。

冠以“国家实验室”之名，意味着在新形势下原来的核武器研究机构应致力于用于和平的核能研究，也意味着实验室的研究领域不仅限于基础科学研究，还要涉及国家所需的能源、环境、防御、技术转化等多个方面。

至20世纪50、60年代，ORNL已发展成为从事核能和物理及生命科学相关研究的国际中心，70年代美国成立能源部之后，ORNL的研究领域又有新的扩展。ORNL的任务是开展基础和应用的研究与开发，提供科学知识和技术上解决复杂问题的创新方法，增强美国在主要科学领域里的领先地位，提高洁净能源的利用率，恢复和保护环境以及为国家安全作贡献。

ORNL位置示意图（图片来自Google）

ORNL鸟瞰(图片来自网络)

ORNL入口处的标志(图片来自网络)

ORNL拥有众多重要的科学研究设施。一系列现代研究设施的建设为ORNL创造了更多开展前沿研究的可能，ORNL对关系到未来发展的大科学任务进行了重新定位，跨越广泛领域及学科组织研发活动，涉及的研究领域有：先进计算、先进材料、生物系统、能源科学、纳米技术、国家安全、中子科学、研究设施和其他有关领域。这些研究设施不仅为本实验室的科学家和工程师服务，而且对美国其它国家实验室、大学、工业部门和以及国外研究机构的研究人员开放。

建筑技术研究与集成中心BTRIC(Building Technologies Research and Integration Center)是美国能源部指定的用户机构，研究重点是建筑围护结构、设备、建筑系统集成、储能以及建筑与电网的交互、传感器、交互控制和数据的建模与仿真，提高住宅和商业建筑的能源效率和环境兼容性等。

建筑技术研究与集成中心BTRIC示意图(图片来自网络)

碳纤维技术设施CFTF(Carbon Fiber Technology Facility)是美国能源部指定的用户设施。CFTF为识别高潜力、低成本原材料(包括纺织品、木质素、聚合物和碳氢化合物前体)提供了一个平台。CFTF正在开发碳纤维材料的最佳机械性能，重点是结构性能和工艺优化。

碳纤维技术设施CFTF示意图(图片来自网络)

纳米材料科学中心CNMS(Center for Nanophase Materials Sciences)为美国以及国际用户提供广泛研究纳米科学的最先进实验设备。

纳米材料科学中心CNMS大楼(图片来自网络)

结构分子生物学中心CSMB(Center for Structural Molecular Biology)致力于推进用于确定生物大分子及其组件的三维结构以及分层结构和仿生系统的仪器和方法。

结构分子生物学中心CSMB的生物小角中子散射仪(图片来自网络)

高通量同位素反应堆HFIR(High Flux Isotope Reactor)是多用途的同位素生产和试验反应堆，运行功率85兆瓦，是美国最强的基于反应堆的中子源。HFIR产生的热中子和冷中子用于研究物理、化学、材料科学、工程和生物学。每年有超过500名研究人员使用强中子通量、恒定功率密度和恒定长度的燃料循环进行凝聚态物质基本特性的中子散射研究。

高通量同位素反应堆HFIR鸟瞰(图片来自网络)

制造示范设施MDF(Manufacturing Demonstration Facility)是美国能源部指定的用户设施。MDF发挥综合优势推动先进制造业的新材料、软件和系统的开发。从粘合剂喷射到3D断层扫描到原位监测，MDF开展材料建模与仿真示范，将材料特性和现场过程监控密切关联，帮助企业采用新的生产技术。有效利用国内能源资源，支持清洁能源产品的生产，促进国民经济发展。

制造示范设施MDF示意图(图片来自网络)

国家交通研究中心NTRC(National Transportation Research Center)是美国能源部指定的用户设施，研究重点是先进的储能和电力驱动系统，包括快速有线和无线充电、适用于恶劣环境的轻质材料和多材料结构、先进的内燃机和替代生物燃料、数据科学分析和车辆网络安全、车辆系统集成，以及智能移动系统等。

国家交通研究中心NTRC示意图(图片来自网络)

领导力计算设施OLCF(Oak Ridge Leadership Computing Facility)定位于保持国际高性能计算前沿水平，为来自政府、学术界和工业界的研究人员提供高性能的开放式计算资源，帮助生物学、化学、地震学、工程、能源和多个其它领域的研究人员解决最具挑战性的计算难题。

OLCF的计算系统(图片来自网络)

散裂中子源SNS(Spallation Neutron Source)是以加速器为基础的中子源，可提供世界上最强的脉冲中子束流，来自世界各地的研究人员可在该装置上进行能源、通讯、制造、运输、新技术，信息技术、生物技术和健康基础的材料科学的研究。SNS由美国能源部的6个国家实验室合作建造：前端系统(Front End Systems)由劳伦斯伯克利国家实验室研制，累积环(Accumulator Ring)由布鲁克海文国家实验室研制，直线加速器(Linac)由洛斯阿拉莫斯国家实验室和杰斐逊实验室研制，靶(Target)由ORNL研制，仪器系统(Instrument Systems)由阿贡国家实验室和ORNL研制。

散裂中子源SNS鸟瞰(图片来自网络)

散裂中子源SNS系统布局示意图(图片来自网络)

经过几十年的变迁，那个神秘的“小男孩”诞生地从在地图上都找不到的克林顿实验室，发展成为世界著名的美国能源部属下最大的多功能科学实验室及大型综合性研究基地——美国橡树岭国家实验室ORNL。

ORNL现有雇员5800多名(包括100多个学科的科学家和工程师)，每年接待的用户和访问科学家达3200余名，每年的经费预算约24亿美元。通过有世界影响力的研究ORNL在广泛的合作中充分发挥自己的优势，取得了多项重要的科学发现和技术突破，为美国及世界的科学发展做出了杰出贡献。

参考资料

1、http://www.ornl.gov/；

https://www.ornl.gov/content/solving-big-problems

2、How The U.S. Created A ‘Secret City’ In Oak Ridge To Build The Atomic Bomb, 75 Years Ago

https://wpln.org/post/how-the-u-s-created-a-secret-city-in-oak-ridge-to-build-the-atomic-bomb-75-years-ago/

3、Oak Ridge Facilities (K-25, Y-12, X-10)

https://www.cdc.gov/niosh/oerp/oak.html

4、The Manhattan Project

https://www.osti.gov/opennet/manhattan-project-history/Resources/maps/maps.htm5、美国橡树岭国家实验室

http://www.ihep.cas.cn/kxcb/zmsys/ORNL/

编辑：古乐府

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