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美國能源部監(jiān)管的十七個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室分布、歸屬
美國能源部國家實(shí)驗(yàn)室與技術(shù)中心（英語：United States Department of Energy National Laboratories and Technology Centers），是指在美國能源部監(jiān)管之下的一系列研究設(shè)施和實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，目的是促進(jìn)科學(xué)的研究和技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)而推動(dòng)完成美國能源部的使命。截至2017年，美國能源部下屬的實(shí)驗(yàn)室與研究設(shè)施一共是十七處，其中有十處下屬科學(xué)辦公室，三處由美國國家核安全管理局（NNSA）管理。大部分的國家實(shí)驗(yàn)室采取“美國聯(lián)邦政府所有、由政府委托的機(jī)構(gòu)運(yùn)營（Government-owned，Contractor-operated，GOCO）”的方式管理，也有部分采用“政府所有、由政府運(yùn)營（Government-owned，Government-operated，GOGO）”的方式。國家實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)為美國提供了戰(zhàn)略性的科技實(shí)力；實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行的往往是長期的，具有挑戰(zhàn)性的科研任務(wù)，發(fā)展的跨領(lǐng)域科學(xué)研究超越了普通學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)以及工業(yè)研究機(jī)構(gòu)的研究范圍，使得美國國內(nèi)的其他科研工作者獲益匪淺。
歷史
建立一個(gè)集中的國家實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的想法緣于第二次世界大戰(zhàn)中科學(xué)的迅猛發(fā)展。戰(zhàn)爭中發(fā)明的雷達(dá)、計(jì)算機(jī)、近炸引信和原子彈等新技術(shù)，在日后被認(rèn)為是同盟國取得勝利的決定性因素。雖然美國政府于一戰(zhàn)伊始便已對科學(xué)研究進(jìn)行了投資，但直到1930年代末期，美國才開始投入了巨量資源用于解決戰(zhàn)時(shí)的科學(xué)問題。1940年，政府建立了國家防御研究委員會(huì)以管理和支持戰(zhàn)時(shí)的科學(xué)研究。之后，麻省理工的工程師萬尼瓦爾·布什領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)研究與發(fā)展辦公室取代了國家防御研究委員會(huì)的職責(zé)，在戰(zhàn)時(shí)被給予了資金和資源的無限使用權(quán)[3]。集中化的研究中心——例如麻省理工的放射實(shí)驗(yàn)室和伯克利加州大學(xué)的勞倫斯實(shí)驗(yàn)室，讓大量科學(xué)家有機(jī)會(huì)以前所未有的方式相互合作，并且近乎無限地使用著政府的資源以攻克科研難關(guān)。
1942年，隨著曼哈頓計(jì)劃的開始實(shí)施，這個(gè)最終制造出人類歷史上第一個(gè)核武器的軍事工程派生出了一系列以研究炸彈和發(fā)展軍用材料為目標(biāo)的秘密科研地點(diǎn)。這些地點(diǎn)包括：位于新墨西哥州山區(qū)的洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室（由羅伯特·奧本海默一手主導(dǎo)）、漢福德區(qū)和橡樹嶺。漢福德和橡樹嶺的研究所是由私有企業(yè)運(yùn)營的，而洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室由一所公立學(xué)校（加州大學(xué)）運(yùn)營。這種由政府出資，私有企業(yè)或研究型大學(xué)承擔(dān)科研任務(wù)的經(jīng)營方式，在美國國內(nèi)的其他地方也大獲成功，例如芝加哥大學(xué)的核反應(yīng)堆研究——各項(xiàng)研究的成功最后促成了阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室的建立。
戰(zhàn)后，美國原子能委員會(huì)接管了這些戰(zhàn)時(shí)臨時(shí)建立的實(shí)驗(yàn)室，并將它們轉(zhuǎn)為永久的實(shí)驗(yàn)室，即國家實(shí)驗(yàn)室。各個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室都從政府獲得了資金和基礎(chǔ)設(shè)施的保障，能夠進(jìn)行特定領(lǐng)域或是基礎(chǔ)科學(xué)的研究，特別是物理學(xué)方面的研究。實(shí)驗(yàn)室一般都與一個(gè)或者多個(gè)大型科研設(shè)施（例如粒子加速器或核反應(yīng)堆）相鄰。
國家實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的構(gòu)成
美國的國家實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)是世界上最大的科研系統(tǒng)之一。大部分的國家實(shí)驗(yàn)室里有常駐的工作人員和科學(xué)家，允許外來的訪問學(xué)者蒞臨實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)上的交流，或借用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和儀器進(jìn)行科學(xué)研究。集中的資金和智力資源使得美國的這些國家實(shí)驗(yàn)室成為了大科學(xué)研究的典范。
不同的實(shí)驗(yàn)室之間既有競爭也有合作。一般來說，具有相同研究方向的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室（例如勞倫斯利福摩爾實(shí)驗(yàn)室與洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室）相互有資金上的競爭關(guān)系，而研究領(lǐng)域不同的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室往往會(huì)相互合作（例如勞倫斯利福摩爾實(shí)驗(yàn)室與勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室的合作，而后者常常與布魯克黑文實(shí)驗(yàn)室具有競爭關(guān)系）。
美國能源部在國家實(shí)驗(yàn)室投入的資金占美國國內(nèi)對物理、化學(xué)、材料科學(xué)以及物理科學(xué)的其他領(lǐng)域研究的總投資的40%以上。一些國家實(shí)驗(yàn)室是由私營企業(yè)管理的，也有由研究型大學(xué)運(yùn)營的實(shí)驗(yàn)室。美國國家實(shí)驗(yàn)室在軍事、學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)所構(gòu)成的“鐵三角”中扮演著極為重要且影響深遠(yuǎn)的角色。
1.國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室
國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(National Energy Technology Laboratory，NETL）成立于1910年，位于賓夕法尼亞州的匹茲堡，主要是以研究科學(xué)、技術(shù)與能源為主，NETL全力支援美國能源部對于推動(dòng)國家，經(jīng)濟(jì)與能源安全的使命。
NETL開發(fā)的技術(shù)主要是以不影響自然環(huán)境的前提下，生產(chǎn)開采出可靠的礦物燃料。解決這些問題并生產(chǎn)出環(huán)保、干凈的能源對于國家經(jīng)濟(jì)的成長是極為重要的。NETL是美國唯一一所針對礦物燃料技術(shù)的國家實(shí)驗(yàn)室。
NETL共有5處實(shí)驗(yàn)室，雇用了超過1200研究人員，其中一半是聯(lián)邦雇員，另外一半則是承包商。主要的承包商包括有Eagle Facility Management Systems、Performance Results Corp、Prologic、Research and Development Solutions, LLC及Technology and Management Services等。
2.勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室
勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）成立于1931年，它坐落在加州大學(xué)伯克利分校的中心校園內(nèi)，位于伯克利山的山頂。該實(shí)驗(yàn)室從事非絕密級的科學(xué)性研究，現(xiàn)由美國能源部委托加州大學(xué)代為管理。
實(shí)驗(yàn)室前身是“加州大學(xué)放射實(shí)驗(yàn)室”，而后為了紀(jì)念伯克利著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯（Ernest O. Lawrence, 1939年物理諾貝爾獎(jiǎng)得主）而更名為勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室 。
勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究領(lǐng)域包括物理學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，還包括能源效率、回旋加速器、先進(jìn)材料、粒子加速器、檢測器，工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，在材料研究方面主要是納米材料、磁性材料、薄膜材料、超導(dǎo)材料等。在科學(xué)界，LBNL相當(dāng)于“卓越”（Excellence）的同義詞。截止2015年，與勞倫斯實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的13個(gè)科學(xué)家及組織獲得諾貝爾獎(jiǎng) 、70位科學(xué)家是美國國家科學(xué)院（NAS）的院士（院士在美國是科學(xué)家最高的榮譽(yù)之一）、13 位科學(xué)家獲得了科研領(lǐng)域國家最高終身成就獎(jiǎng)—美國國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?8位工程師當(dāng)選為美國國家工程院院士、3位科學(xué)家被選入醫(yī)學(xué)研究所等等 。此外，LBNL培養(yǎng)了數(shù)千名大學(xué)理科和工程專業(yè)的學(xué)生，他們推動(dòng)著全美國和世界各地的技術(shù)革新。該實(shí)驗(yàn)室為美國第一顆原子彈及氫彈的研制提供了最原始最基本的實(shí)驗(yàn)以及機(jī)械支持。勞倫斯實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室對幫助判斷什么是二戰(zhàn)的三個(gè)最有價(jià)值的技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（原子彈，低空爆炸信管和雷達(dá)）作出了貢獻(xiàn)。
3.洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室
洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory，LANL）成立于1943年，位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯，管理和運(yùn)行則歸洛斯阿拉莫斯國家安全會(huì)（LANS）負(fù)責(zé)，是美國承擔(dān)核武器設(shè)計(jì)工作的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室之一（另一個(gè)是勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室）。洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室是世界上最大的科學(xué)和技術(shù)研究機(jī)構(gòu)之一，它在國家安全、太空探索、 可再生能源、醫(yī)藥、納米技術(shù)和超級計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域開展研究。
洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室是新墨西哥州北部最大的研究機(jī)構(gòu)和最大的雇主，擁有大約9,000名的直接雇員和774人左右的合同雇員。此外還有大約120名的美國能源部員工駐扎在實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)監(jiān)督那里的工作和運(yùn)行情況。實(shí)驗(yàn)室約三分之一的技術(shù)人員是物理學(xué)家，四分之一是工程師，六分之一為化學(xué)家和材料科學(xué)家，其余的則在數(shù)學(xué)和計(jì)算科學(xué)、生物學(xué)、地球科學(xué)等其他學(xué)科的工作。外部的科學(xué)家和學(xué)生也會(huì)訪問洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室參與科研項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合大學(xué)和業(yè)界進(jìn)行能源方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室2016年的預(yù)算約為22億美元。
4.橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室
橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）成立于1943年，位于田納西州橡樹嶺，最初是作為曼哈頓計(jì)劃的一部分，以生產(chǎn)和分離鈾和钚為主要目的建造的，原稱克林頓實(shí)驗(yàn)室。2000年4月以后由田納西大學(xué)和Battelle紀(jì)念研究所共同管理。
橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室擁有眾多的重要科學(xué)研究設(shè)施，向更高層次發(fā)展，建設(shè)了新的納米材料科學(xué)中心、基因科學(xué)中心、每秒進(jìn)行40*1012次計(jì)算的世界上最大的超級計(jì)算機(jī)中心等，負(fù)責(zé)由6個(gè)美國實(shí)驗(yàn)室共同合作建設(shè)的美國最大的民用科學(xué)研究項(xiàng)目——價(jià)值14億美元的散裂中子源，設(shè)有多個(gè)核科學(xué)實(shí)驗(yàn)室如高通量同位素反應(yīng)推等，逐漸發(fā)展成為大型綜合性研究基地，對美國的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。
5.阿貢國家實(shí)驗(yàn)室
阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory，ANL）成立于1946年，位于美國伊利諾伊州杜佩奇縣。它是美國政府規(guī)模最大、歷史最悠久的科研機(jī)構(gòu)之一。實(shí)驗(yàn)室的前身是曼哈頓工程的一部分。
阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室的前身是恩里科·費(fèi)米于1942年在芝加哥大學(xué)創(chuàng)建的冶金實(shí)驗(yàn)室，后來成為曼哈頓計(jì)劃的一部分。二戰(zhàn)結(jié)束后冶金實(shí)驗(yàn)室搬到杜佩奇縣, 1946年正式更名為阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室, 專門從事核物理和核技術(shù)方面的研究?，F(xiàn)在隸屬于美國能源部和芝加哥大學(xué)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主費(fèi)米于1942年在此領(lǐng)導(dǎo)小組建立了人類第一臺(tái)可控核反應(yīng)堆（芝加哥一號(hào)堆，Chicago Pile-1)，完成了曼哈頓計(jì)劃的重要一環(huán)，并且使人類從此邁入原子能時(shí)代。
在冶金實(shí)驗(yàn)室時(shí)期，實(shí)驗(yàn)室在芝加哥大學(xué)校園足球場下建造了世界上第一座核反應(yīng)堆芝加哥一號(hào)堆, 費(fèi)米團(tuán)隊(duì)由此首次證明了核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可行性。1951年，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室在愛達(dá)荷州建造了芝加哥4號(hào)堆，奠定了商用核反應(yīng)堆的基礎(chǔ)。
阿貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了多種反應(yīng)堆和燃料循環(huán)技術(shù)，包括實(shí)驗(yàn)沸水反應(yīng)堆、快中子反應(yīng)堆等，還設(shè)計(jì)了世界上第一艘核動(dòng)力潛艇使用的反應(yīng)堆。1987年, 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)了等離子體尾場加速技術(shù), 可以用比傳統(tǒng)加速器更短的距離加速粒子阿貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室建造了阿爾貢串列直線加速器系統(tǒng)（Argonne Tandem Linac Accelerator System, ATLAS），這是世界上第一個(gè)用于庫侖勢壘附近能量的重離子加速器。1995年完工的先進(jìn)光子源(Advanced Photon Source, APS)是由美國能源部資助的國家同步輻射光源裝置，產(chǎn)生了當(dāng)時(shí)世界上最亮的X射線，截至2015年,先進(jìn)光子源已解決了30種已知G蛋白偶聯(lián)受體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的21種。阿貢國家實(shí)驗(yàn)室國家實(shí)驗(yàn)室的納米材料中心(Center for Nanoscale Materials, CNM)是美國能源部的5個(gè)納米科學(xué)研究中心之一, 提供研究納米技術(shù)所需的裝置和儀器。
6.埃姆斯實(shí)驗(yàn)室
埃姆斯實(shí)驗(yàn)室（Ames Laboratory）位于艾奧瓦州的埃姆斯，成立于1947年，附屬于愛荷華州立大學(xué)。實(shí)驗(yàn)室致力于新材料的設(shè)計(jì)、合成與制備；材料的表征；計(jì)算化學(xué)；凝聚體物理學(xué)理論等方面的研究。實(shí)驗(yàn)室位于愛荷華州立大學(xué)的校園內(nèi)。
埃姆斯國家實(shí)驗(yàn)室（英語：Ames National Laboratory），舊稱埃姆斯實(shí)驗(yàn)室（英語：Ames Laboratory），是美國能源部下屬的國家實(shí)驗(yàn)室，位于艾奧瓦州的埃姆斯，附屬于愛荷華州立大學(xué)。實(shí)驗(yàn)室致力于新材料的設(shè)計(jì)、合成與制備；材料的表征；計(jì)算化學(xué)；凝聚體物理學(xué)理論等方面的研究。實(shí)驗(yàn)室位于愛荷華州立大學(xué)的校園內(nèi)。
2013年1月，美國能源部宣布在埃姆斯實(shí)驗(yàn)室建立關(guān)鍵材料研究所（Critical Materials Institute，CMI）以解決美國國內(nèi)日益短缺的稀土金屬資源問題，以及發(fā)展其他與美國能源安全相關(guān)的材料。
1940年代
1942年，弗蘭克·斯佩丁作為愛荷華州立學(xué)院（Iowa State College，愛荷華州立大學(xué)的前稱）的稀土金屬專家，主持成立了名為“埃姆斯計(jì)劃”的科研項(xiàng)目。這個(gè)服務(wù)于曼哈頓計(jì)劃的項(xiàng)目旨在為原子彈的研究提供大量高純度的鈾。項(xiàng)目副總監(jiān)哈雷·A·威爾亨姆發(fā)展了一種新方法（后被稱為“埃姆斯過程”）提純鈾。借助此提純方法，埃姆斯計(jì)劃為芝加哥1號(hào)堆提供了約兩噸的鈾[7]，占反應(yīng)堆使用鈾總量的三分之一。直至1945年，埃姆斯計(jì)劃總計(jì)產(chǎn)出逾兩百萬磅（1000噸）鈾供曼哈頓計(jì)劃使用。
二戰(zhàn)結(jié)束后，埃姆斯計(jì)劃獲得了美國海軍“E”杰出獎(jiǎng)的榮譽(yù)，表彰該計(jì)劃在兩年半的時(shí)間內(nèi)，對重要戰(zhàn)爭物資——金屬鈾的工業(yè)化生產(chǎn)作出的杰出貢獻(xiàn)。作為教育機(jī)構(gòu)，愛荷華州立大學(xué)獲得了這項(xiàng)一般只會(huì)頒發(fā)給企業(yè)的榮譽(yù)。埃姆斯計(jì)劃中的其他關(guān)鍵成果還包括：
發(fā)展了一種可從金屬廢料中提取鈾的工序。
大量生產(chǎn)了釷。二戰(zhàn)前每克釷的售價(jià)為5美元，而埃姆斯計(jì)劃中生產(chǎn)的每克釷的價(jià)格最后下降為不到5美分。
由于埃姆斯計(jì)劃的成功，美國原子能委員會(huì)于1947年5月17日正式建立了埃姆斯實(shí)驗(yàn)室。
1950年代
埃姆斯實(shí)驗(yàn)室有關(guān)稀土元素的工作，讓實(shí)驗(yàn)室取得了該領(lǐng)域內(nèi)的一定聲望。實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家也對核燃料以及核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了研究。為了把科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)上的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室的大部分設(shè)備都被用作大型工業(yè)化生產(chǎn)的模型，來進(jìn)行稀土金屬的生產(chǎn)試驗(yàn)與測試。
同時(shí)期的其他關(guān)鍵成果：
發(fā)展了分離鉿、鈮、鉭、鈰[和釔的生產(chǎn)流程。
發(fā)現(xiàn)了一種新的同位素：磷-33。
發(fā)展了離子交換法用于分離稀土金屬。
發(fā)展了一種從核燃料中分離出稀土金屬的方法。
1960年代
由于在新材料的探索研究方面的需求，實(shí)驗(yàn)室的雇員數(shù)量在1960年代達(dá)到了頂峰[23]。為了開展中子衍射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室于1961年開始籌建一個(gè)五兆瓦的重水反應(yīng)堆，并于1966年6月開始運(yùn)行。美國原子能委員會(huì)在埃姆斯實(shí)驗(yàn)室建立了一個(gè)稀土信息中心（Rare-Earth Information Center），為科研團(tuán)體提供有關(guān)稀土金屬與其化合物的各種信息。
同時(shí)期的其他關(guān)鍵成果：
發(fā)現(xiàn)了一種新的同位素：銅-69。
修建了世界上第一個(gè)成功連接反應(yīng)堆運(yùn)作的同位素分離器——TRISTAN（Terrific Reactor Isotope Separator to Analyze Nuclei）。
實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家成功生長了第一塊大體積的固態(tài)氦晶體，并借此測量了固態(tài)氦的熱容。
1970年代
由于美國原子能委員會(huì)在1970年代被并入美國能源部，有一些研究項(xiàng)目被關(guān)閉，又有一些新的研究項(xiàng)目被開啟。美國聯(lián)邦政府重整合并了一些反應(yīng)堆，導(dǎo)致埃姆斯實(shí)驗(yàn)室的反應(yīng)堆于1977年被關(guān)閉。埃姆斯實(shí)驗(yàn)室開始著重于應(yīng)用數(shù)學(xué)，太陽能，化石燃料與污染控制的研究。
同時(shí)期的其他關(guān)鍵成果：
實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了世界上第一臺(tái)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜設(shè)備，可迅速地從樣品中同時(shí)檢測出多種不同的稀有元素。
對從廢棄汽車中提取銅，錫和鉻進(jìn)行研究，使得剩余的鋼的純度足以用于回收再利用。
發(fā)明了一種圖像增幅器，顯著地降低了X射線醫(yī)療中人體接受的輻射劑量。
1980年代
在1980年代，埃姆斯實(shí)驗(yàn)室以滿足當(dāng)?shù)睾蛧鴥?nèi)的能源需求為目標(biāo)開展了各項(xiàng)研究?；剂涎芯恐塾谌绾胃鼮榍鍧嵉厝济?；新技術(shù)被用于清理放射性廢料；高性能計(jì)算被加入到應(yīng)用數(shù)學(xué)和固體物理學(xué)的研究項(xiàng)目中。此外，美國能源部在埃姆斯實(shí)驗(yàn)室建立了材料制備中心（Materials Preparation Center），向公眾提供新材料發(fā)展的相關(guān)信息。
同時(shí)期的其他關(guān)鍵成果：
發(fā)展了一種液體接界（liquid-junction）太陽能電池，此電池具有效率高，耐久且無毒等優(yōu)點(diǎn)。
獲得了美國國防部的一筆資金援助，之后建立了無損檢測中心（Center for Nondestructive Evaluation，CNDE）用于發(fā)展航空器的無損檢測技術(shù)。
發(fā)展了一種制造釹鐵合金的新方法，為廣泛使用的釹磁鐵提供原料。
協(xié)助開發(fā)磁致伸縮材料Terfenol-D，這種材料在聲納與換能器中有實(shí)際應(yīng)用。
1990年代
在新材料的開發(fā)研究中，埃姆斯實(shí)驗(yàn)室延續(xù)著自己將基礎(chǔ)科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用的努力。實(shí)驗(yàn)室建立了可擴(kuò)展計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，不但發(fā)展了并行計(jì)算，也為其他的科學(xué)家提供了廉價(jià)的計(jì)算資源。另外，研究者發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)由非碳原子組成的富勒烯；發(fā)展了一種DNA序列分析儀，比其他的同類儀器快24倍。
同時(shí)期的其他關(guān)鍵成果：
發(fā)展了 HINT 基準(zhǔn)（benchmarking）技術(shù)，用于對不同量級的電腦的性能進(jìn)行客觀比較。源程序現(xiàn)存于楊百翰大學(xué)的網(wǎng)站。
改進(jìn)了高壓氣體霧化（high pressure gas atomization）的工藝，可將熔融金屬轉(zhuǎn)化為細(xì)顆粒的金屬粉末。
發(fā)現(xiàn)了一種可應(yīng)用于磁致冷的新材料。
發(fā)展了一種高強(qiáng)度的無鉛焊料。
發(fā)明了一種毛細(xì)管電泳技術(shù)，可同時(shí)分析多種化學(xué)樣品，在藥品學(xué)、遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)以及司法科學(xué)中有實(shí)際應(yīng)用。這項(xiàng)研究衍生產(chǎn)業(yè)（Research spin-off）催生的Combisep公司已經(jīng)成功地商業(yè)化了該技術(shù)。
2000年代
發(fā)現(xiàn)了一種超高硬度的硼-鋁-鎂合金（boron-aluminum-magnesium alloy，BAM）。在泵的葉片上加鍍一層 BAM 可減少摩擦，且提升耐磨性，大大提高了泵的工作效率。
實(shí)驗(yàn)室的材料制備中心（Materials Preparation Center）制備的材料被用于歐洲空間局發(fā)射的普朗克衛(wèi)星上，其中的鑭-鎳-錫合金被用于普朗克衛(wèi)星的超低溫冷卻系統(tǒng)中。
參與開發(fā)osgBullet。此軟件通過實(shí)現(xiàn)三維實(shí)時(shí)模擬，可以幫助工程師設(shè)計(jì)各種復(fù)雜的系統(tǒng)，包括下一代發(fā)電廠和高性能汽車。osgBullet于2010年榮獲當(dāng)年R&D 100大獎(jiǎng)。
實(shí)驗(yàn)室的研究者們在光子晶體的微波波段觀測到負(fù)折射現(xiàn)象，使得實(shí)現(xiàn)可見光波段的負(fù)折射材料和超透鏡的夢想更近了一步。
2011年至今
發(fā)展了一種可將熱能轉(zhuǎn)換為電能的新合金，轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)有技術(shù)高出25%。此項(xiàng)新研究可在未來用于提高熱傳導(dǎo)發(fā)電機(jī)的工作效率。
與韓國工業(yè)技術(shù)研究所簽訂諒解備忘錄，增進(jìn)稀土元素研究的國際合作。
埃姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家丹·謝赫特曼因準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)榮獲2011年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家使用氣體霧化（Gas atomization）技術(shù)，將鈦粉的產(chǎn)率提高到傳統(tǒng)方式的十倍有余。此項(xiàng)研究在美國下一代尖端能源創(chuàng)新者挑戰(zhàn)（America’s Next Top Energy Innovator Challenge）中獲獎(jiǎng)。借助此技術(shù)成立的艾奧瓦州粉霧技術(shù)公司（Iowa Powder Atomization Technologies）于2014年被普萊克斯公司接管。
對下一代鋁-鈣化合物供電傳輸線的研究。這種電線將會(huì)更輕，強(qiáng)度更強(qiáng)，且它的電導(dǎo)率至少比現(xiàn)有的直流電輸電線要高百分之十。
美國能源部于2013年下?lián)軐?shí)驗(yàn)室資金1.2億美元啟動(dòng)一個(gè)新的能源創(chuàng)新樞紐（Energy Innovation Hub）——關(guān)鍵材料研究所（Critical Materials Institute）的建設(shè)。研究所將集中精力尋找替代方案以減少美國對關(guān)鍵材料的依賴，從而引導(dǎo)美國工業(yè)向潔凈高效的方向發(fā)展。
2014年，靈敏儀器研究設(shè)施（Sensitive Instrument Facility，SIF）開始動(dòng)土。SIF將成為實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的透射電子顯微鏡以及其他的高精尖靈敏儀器的放置點(diǎn)，可以為設(shè)備提供隔絕振動(dòng)、電磁以及其他類型擾動(dòng)的環(huán)境[59]。SIF 已于2016年5月6日正式落成。
添置了一臺(tái)動(dòng)態(tài)核偏振（dynamic nuclear polarization，DNP）固態(tài)核磁共振波譜儀。DNP-核磁共振可以幫助科學(xué)家理解單個(gè)原子是如何在材料中排列的。這是全美第一臺(tái)被用于研究材料科學(xué)和化學(xué)的DNP-核磁共振儀。
2022年7月，于慶祝實(shí)驗(yàn)室建立75周年之際，實(shí)驗(yàn)室名稱由先前的“埃姆斯實(shí)驗(yàn)室”改名為“埃姆斯國家實(shí)驗(yàn)室”。
7.布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室
布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory，BNL）成立于1947年，位于紐約州長島蘇?？丝h布魯克黑文鎮(zhèn)的阿普頓。該實(shí)驗(yàn)室由布魯克海文鎮(zhèn)而得名。
實(shí)驗(yàn)室本來由美國原子能委員會(huì)所擁有，后來因委員會(huì)被合并而轉(zhuǎn)交給美國能源部再外判予各大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)室由石溪大學(xué)及巴特爾紀(jì)念研究所合伙經(jīng)營的的布魯克海文科學(xué)協(xié)會(huì)管理。實(shí)驗(yàn)室約雇用3000名科學(xué)家、工程師及其他技術(shù)人員，每年接待4000名訪問學(xué)者。實(shí)驗(yàn)室的研究共產(chǎn)生七名諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)?wù)摺?
8.桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室
桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories，SNL）成立于1948年，
位于新墨西哥州的阿爾伯克基和加利福尼亞州的利弗莫爾，現(xiàn)由桑迪亞國家技術(shù)和工程解決方案（National Technology and Engineering Solutions of Sandia，霍尼韋爾所有的一個(gè)子公司）管理和運(yùn)營，是美國國家核安全局（National Nuclear Security Administration）下屬的三個(gè)研究發(fā)展實(shí)驗(yàn)室之一。實(shí)驗(yàn)室的主要目標(biāo)是核武器非核部分的發(fā)展測試。主實(shí)驗(yàn)室位于新墨西哥州的阿布奎基的科特蘭空軍基地，另一個(gè)位于加州的利弗莫爾，在勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的旁邊。
桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室致力于維持核武系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，在軍備控制和防止核武器擴(kuò)散方面，以及美國核武計(jì)劃產(chǎn)生的有害廢棄物的處理方式進(jìn)行各項(xiàng)研究。實(shí)驗(yàn)室也對能源和環(huán)境領(lǐng)域，以及對國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的保障進(jìn)行研究。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究涉及廣泛；除了上述幾項(xiàng)主要的研究之外，實(shí)驗(yàn)室還在計(jì)算生物學(xué)、數(shù)學(xué)、材料科學(xué)、替代能源、心理學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)和認(rèn)知科學(xué)在內(nèi)的各個(gè)學(xué)科有所涉足。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)擁有世界上運(yùn)算速度最快的超級計(jì)算機(jī)——ASCI Red；世界上最大的X射線發(fā)生器——Z脈沖功率設(shè)施（Z機(jī)）也位于桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室。Z機(jī)被用于極端溫度與壓強(qiáng)之下的材料測試；收集的數(shù)據(jù)可用于輔助核武器研發(fā)的計(jì)算機(jī)模擬。
9.愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室
愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室（Idaho National Laboratory，INL）成立于1949年，位于美國愛達(dá)荷州的東部，是以科學(xué)為基礎(chǔ)的應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室。它幫助美國能源部完成在環(huán)境、能源、科學(xué)和國防等方面的任務(wù)?，F(xiàn)有雇員8000名。
該實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)主要包括：對美國能源部任務(wù)中具有挑戰(zhàn)性的課題，提供以科學(xué)為基礎(chǔ)的工程解決方法；完成現(xiàn)場環(huán)境凈化；為優(yōu)化能源部的環(huán)境管理投資，并為該實(shí)驗(yàn)室的戰(zhàn)略合伴提供領(lǐng)導(dǎo)和支持；強(qiáng)化該實(shí)驗(yàn)室的科技能力以及設(shè)施和設(shè)備，以便更好地為國家和西北地區(qū)服務(wù)。
該實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)能力體現(xiàn)在：生物技術(shù)、化學(xué)工程、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程、工程科學(xué)和生態(tài)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、傳感器、系統(tǒng)和決策科學(xué)等。
10.普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室
普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（Princeton Plasma Physics Laboratory，PPPL）成立于1951年，是一個(gè)研究等離子體物理學(xué)與核聚變的國家實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室主要的工作是研究聚變能作為能源的發(fā)展和應(yīng)用。
普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室的建立源于一個(gè)控制熱核反應(yīng)的冷戰(zhàn)最高機(jī)密計(jì)劃——“馬特洪計(jì)劃（Project Matterhorn）”。1961年，在馬特洪計(jì)劃解密后，此計(jì)劃相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室被更名為普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室。普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上位于普林斯頓大學(xué)的 Forrestal 校園，與普林斯頓大學(xué)主校區(qū)有一定距離；但實(shí)驗(yàn)室仍然有一個(gè)位于普林斯頓的地址。
11.勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室
勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）成立于1952年，與洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室是美國的兩個(gè)為了核武設(shè)計(jì)而建立的部門，位于加利福尼亞州利弗莫爾。至2007年9月30日為止，管理者為加州大學(xué)。從2007年10月1日起，此研究機(jī)構(gòu)將會(huì)改由加州大學(xué)、Bechtel National、BWX Technologies、Washington Group International共同組成的保全機(jī)構(gòu)來管理。
勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室最初是勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室設(shè)在加州舊金山灣區(qū)利弗莫爾（Livermore）的分支實(shí)驗(yàn)室，由加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授歐內(nèi)斯特·勞倫斯（諾貝爾獎(jiǎng)得主）、愛德華·泰勒（氫彈之父）共同建立。實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)研發(fā)包括核武器在內(nèi)的美國國防科技。
勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)或參與發(fā)現(xiàn)了6種化學(xué)元素（113號(hào)- 118號(hào)元素）。值得注意的是，加州大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室此前共同發(fā)現(xiàn)或參與發(fā)現(xiàn)了16種化學(xué)元素， 后化學(xué)元素的研究項(xiàng)目被勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室所繼承。
12.薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室
薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室（Savannah River National Laboratory，SRNL）成立于1951年，位于美國能源部（DOE）下屬的薩凡納河區(qū)（SRS），是一個(gè)應(yīng)用型研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室最初叫薩凡納河實(shí)驗(yàn)室。2004年5月7日，實(shí)驗(yàn)室正式成為了國家實(shí)驗(yàn)室。
薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室的研究方向包括環(huán)境整治、氫經(jīng)濟(jì)技術(shù)、危險(xiǎn)物質(zhì)處理和防止核武器擴(kuò)散的技術(shù)。在冷戰(zhàn)期間，實(shí)驗(yàn)室在支援氚和钚的生產(chǎn)中積累了一系列將核廢料玻璃化和氫氣儲(chǔ)存的特殊經(jīng)驗(yàn)。
從2008年起，薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室由薩凡納河核能解決方案有限公司（Savannah River Nuclear Solutions, LLC）運(yùn)營；此公司與福陸公司，Newport News Nuclear, Inc.（亨廷頓·英格爾斯工業(yè)的子公司）以及霍尼韋爾有合作關(guān)系。
13.SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室
SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC National Accelerator Laboratory）成立于1962年，原名斯坦福直線加速器中心，在能源部的方案下由斯坦福大學(xué)指揮運(yùn)作。主要的研究方向有運(yùn)用電子束進(jìn)行基本粒子物理的實(shí)驗(yàn)及理論研究、原子物理、固態(tài)物理、使用同步輻射光源的化學(xué)、生物以及醫(yī)學(xué)研究。
在2009年4月，SLAC所有的LSLC激光器成功發(fā)射出0.15納米波長的同步輻射，作為全球首臺(tái)HXFEL,其光源亮度比當(dāng)今第三代同步輻射光源高出一億倍。
14.西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室
西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory ，PNNL）創(chuàng)建于1965年，位于美國華盛頓州東部哥倫比亞河和亞基馬河交界的沙漠地帶，在第二次世界大戰(zhàn)“曼哈頓工程”里生產(chǎn)美國原子彈核材料的漢福德基地（Hanford Site）的基礎(chǔ)上建成。PNNL最初的任務(wù)是從事原子彈核材料生產(chǎn)的研究，20世紀(jì)80年代末開始從事整個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)研究。
PNNL現(xiàn)擁有4000多名科學(xué)家。其優(yōu)勢研究領(lǐng)域包括能源、環(huán)境、計(jì)算機(jī)、核能、放射化學(xué)等，特別是基礎(chǔ)分子科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。
15.費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室
費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室（Fermi National Accelerator Laboratory，F(xiàn)NAL）簡稱費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室，成立于1967年，位于美國伊利諾斯州巴達(dá)維亞附近的草原上。
實(shí)驗(yàn)室原名為“國立加速器實(shí)驗(yàn)室”，主要研究領(lǐng)域?yàn)楦吣芪锢韺W(xué)、粒子物理學(xué)。第一任所長是羅伯特·R·威爾遜（Robert R.Wilson）。實(shí)驗(yàn)室的原則是杰出的科學(xué)、藝術(shù)的瑰麗、土地的守護(hù)神、經(jīng)費(fèi)上精打細(xì)算和機(jī)會(huì)均等。1974年為紀(jì)念美國物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米而更名為“費(fèi)米國立加速器實(shí)驗(yàn)室”。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室曾擁有質(zhì)子-反質(zhì)子對撞機(jī)Tevatron（980GeV×980GeV），附屬有兩大探測器CDF和D?。2008年9月歐洲粒子物理研究中心建成的大型強(qiáng)子對撞機(jī)，設(shè)計(jì)可產(chǎn)生七倍于費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室記錄的能量。2011年9月30日，Tevatron被正式關(guān)閉。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)為美國僅有的一個(gè)單一研究目標(biāo)實(shí)驗(yàn)室。
16.國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）成立于1977年，位于美國科羅拉多州戈?duì)柕牵菍ｉT從事可再生能源和能源效率的研究和開發(fā)的機(jī)構(gòu)。NREL是政府所有的、由承包商經(jīng)營設(shè)施，并由美國能源部提供資金支持。在這樣的安排下，個(gè)人實(shí)體代表聯(lián)邦政府經(jīng)營整個(gè)實(shí)驗(yàn)室。NREL也會(huì)收到國會(huì)的資金，以用于研究和進(jìn)一步開發(fā)的項(xiàng)目。
NREL還國家光伏中心之下開展太陽能光電 (PV)的研究。因此NREL在光伏發(fā)電領(lǐng)域具有不小的研究實(shí)力，包括研究、開發(fā)、測試和部署。NREL的研究基地內(nèi)有多個(gè)設(shè)施專門用于光伏研究。NREL的研究領(lǐng)域包括研究和發(fā)展可再生發(fā)電、能源生產(chǎn)、系統(tǒng)集成化，以及能源的持續(xù)運(yùn)輸。
17.托馬斯·杰斐遜國家加速器裝置
托馬斯·杰斐遜國家加速器裝置（Thomas Jefferson National Accelerator Facility，TJNAF） 成立于1984年，位于弗吉尼亞州的紐波特紐斯，常被稱作“杰斐遜實(shí)驗(yàn)室”或者“JLab”。自2006年6月1日起，杰斐遜實(shí)驗(yàn)室由東南部大學(xué)研究協(xié)會(huì)和 PAE 應(yīng)用技術(shù)（PAE Applied Technologies）共同創(chuàng)建的杰斐遜科學(xué)協(xié)會(huì)有限公司（Jefferson Science Associates, LLC）運(yùn)營。杰斐遜實(shí)驗(yàn)室在1996年之前曾被稱作“連續(xù)電子束加速器設(shè)施（Continuous Electron Beam Accelerator Facility，CEBAF）”；這個(gè)名稱現(xiàn)被用于稱呼杰斐遜實(shí)驗(yàn)室中的主加速器。
杰斐遜實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)擁有多達(dá)675人的雇員，超過2000名來自于世界各地的科學(xué)家使用此設(shè)施進(jìn)行過科學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室的使命是：“為發(fā)現(xiàn)核材料的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供前沿的科學(xué)設(shè)施、科研機(jī)會(huì)以及領(lǐng)導(dǎo)力；協(xié)助工業(yè)界進(jìn)行高新技術(shù)的應(yīng)用；以及通過教育和科普的方式為國家服務(wù)。
