2026年10月14日——美国能源部（DOE）橡树岭国家实验室（ORNL）已启用其最新研究设施——转化研究能力中心（TRC），这是一个多学科中心，距离历史悠久的石墨反应堆仅数百码之遥。

石墨反应堆是ORNL仍矗立着的一处国家历史地标，建于曼哈顿计划期间，是世界上第一座持续运行的核反应堆。八十多年后，TRC的研究建立在ORNL最早工作所创造的基础之上。

作为ORNL强调跨学科协作的独特而多功能的典范，TRC整合了实验室多个主要研究领域的一系列项目。其专门设计鼓励研究人员频繁互动，通过探索材料、量子信息科学、储能、核能和国家安全的课题，推进实验室和国家优先事项。如今蓬勃开展的许多创新TRC研究项目，都植根于石墨反应堆的开创性研究。

这座占地10万平方英尺的TRC是专为科学探索而定制建造的，选址在克林顿工程师工厂总部旧址——该地块后来成为ORNL——目前现已全面投入运行。实验室本周举办开放日和奉献仪式，庆祝TRC的启用。

TRC各处安装了专用设备，建筑设计融入了大量定制化功能，专门用于支持科学任务。TRC展示了一些独一无二的能力，例如DOE综合体中最干燥的干实验室，可支持储能领域的创新研究。量子研究需要极其精密的仪器，因此量子实验室的地板与建筑机械隔离以减少振动，墙壁和地板中嵌入的连续铝屏蔽层则可防止电磁干扰。

强大的过去在今天回响

ORNL二战后标志性的中子先驱和诺贝尔奖得主，包括实验室首任研究主任Eugene Wigner，为TRC铺平了道路。他们的努力直接促成了ORNL的标志性设施，如高通量同位素反应堆（HFIR）——自20世纪60年代以来领先的国际研究反应堆——以及散裂中子源（SNS），这是世界上最强大的基于加速器的脉冲中子源。

“Eugene Wigner以维格纳效应闻名，该效应源于石墨中的中子辐照，”材料科学与技术部主任Yutai Kato表示。“这与他对ORNL的最初愿景密切相关，即物理科学与核技术的交汇。ORNL历史上关于熔盐腐蚀、镍合金开发和蠕变研究的成果，与今天在TRC这些领域所做的工作直接相连。”

开发耐受极端条件的材料

实验室的基础建立在20世纪40年代初使石墨反应堆成为可能的关键材料科学研究之上。不仅是石墨，铝、铀、钚和各种合金都发挥了关键作用。

如今，TRC研究人员使用专用设备开发和测试用于高要求能源和工业应用的材料。大型实验室空间和材料处理设备使研究人员能够以传统实验室难以容纳的规模加工和研究材料。

从早期石墨反应堆研究分支出来的其他专门材料工作包括严重事故测试站，实验室早期裂变专项事故研究的远亲项目在此延续。ORNL的事故容错燃料分析评估先进核燃料，陶瓷基复合材料研究则开发更坚韧、更轻的复合材料，用于航空航天和能源系统。

腐蚀研究——材料在极端环境中如何退化——和蠕变研究——合金和陶瓷等结构材料在极端应力和温度下如何随时间变形——是设计和建造石墨反应堆时的基础性关切。这两者对于今天ORNL的各种研究仍然至关重要，其中大部分工作都在TRC进行。

从反应堆计算到科学计算

尽管战时石墨反应堆的机械计算很少，但确实进行了一些手动建模并处理了复杂计算。

“科学是一场数字游戏，早期核工作需要大量计算，”ORNL退休科学作家Bill Cabage表示。“ORACLE是实验室第一台真空管驱动的展示型计算机，是计算模拟辅助的首批突破之一，出现在20世纪60年代初ORNL的离子通道研究中。”

20世纪90年代初，随着计算模拟的价值日益受到重视，ORNL重新成为科学计算领域的重要力量。到21世纪初，ORNL已拥有多台破纪录的超级计算机。这些种子是由石墨反应堆早期反应堆研究的计算需求播下的。

与石墨反应堆早期——当时具有特定计算技能的人被称为“计算机”——形成对比的是，计算和计算科学已成为ORNL科学研究不可或缺的组成部分。

从量子物理到量子信息科学

“ORNL首任科学主任Eugene Wigner于1963年获得诺贝尔奖，不是因为他实际上开创的核工程，而是因为他对理解数学对称性在量子态和粒子中作用的贡献，”Cabage说。“我们在这里也有量子科学的根基。”

从熔盐液滴内聚能的建模到超导量子比特作为中微子探测的潜在来源，在石墨反应堆探索的物理概念今天仍然活跃。

量子信息科学与技术涵盖一系列应用，包括计算、传感、材料和网络。

量子研究的需求已融入TRC的基础设施。

“我们参与了TRC的论证、设计、建设进度检查和调试，目标是在量子网络、计算、传感和材料方面提供现有基础设施中此前无法实现的实验量子能力，”量子信息科学部主任Nicholas Peters表示。

量子物理对各种技术——如激光和核磁共振成像——适用性的初步研究集中在早期操纵尝试上，通常被称为量子技术1.0。这种方法已演变为对量子力学效应的掌握控制，即量子技术2.0。

“石墨反应堆是量子1.0技术研究、开发和应用的锚点，这些技术如今已成为控制核反应的历史，”实验室量子科学中心主任Travis Humble表示。“相比之下，TRC是量子2.0技术新形成的锚点，是我们首台本地量子计算机的落脚点、先进量子传感研究的平台以及本地量子网络的测试平台。”

如果不是直接的联系，ORNL IT项目经理Josh Cunningham至少看到了实验室新量子计算机Pathfinder与石墨反应堆之间的平行对称关系。

“石墨反应堆让研究人员能够使用一种新颖的物理系统进行此前不可能的实验，”Cunningham说。“Pathfinder今天扮演着类似的角色。它将新兴的量子计算硬件直接交到研究人员手中，使他们能够确定它能做什么、在哪里不足，以及如何与其他科学能力整合。从这个意义上说，TRC延续了街对面建立的实验模式——建造独特的研究平台，然后利用它们开辟全新的科学领域。”

在与ORNL早期历史紧密相连的历史遗址上，TRC的研究正以专为面向未来的创新而设计的尖端技术开辟新天地。如同其时代的石墨反应堆一样，TRC通过开启前所未有的科学探索之路来支持新研究。它与过去的联系依然牢固，但TRC已经在建立属于自己的遗产。

停用60多年后，石墨反应堆在整个ORNL园区依然巍然耸立。正如Humble所指出的，每天特定时刻，TRC实际上就处在石墨反应堆的阴影中，这引出一个问题：“这座历史标志的影响力，是否是我们现代人应该努力达到的标准？”