美国国家实验室的建立和发展.docx

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1、美国国家实验室的建立和发展对美国能源部国家实验室的历史考察摘要:美国能源部国家实验室在美国国家创新体系建设中占居重要位置，是国家实验室的一个典型代表，其发展经验对中国国家实验室建设具有重要的参考价值。本文以美国学术界的相关研究和政策文献为基础，对美国国家实验室的起源和发展做一探讨，分为三个时期：曼哈顿计划时期（1943一1946）、原子能委员会时期（19471974）和能源部时期（1977年至今），并对每一个时期的发展特点做了概述。研究表明，美国能源部国家实验室是满足和适应国家不同时期的战略需求而发展的。文章指出，使命导向、以应用导向的核心能力形成和扩展、重视人才和突破旧模式的局限是美国国家实

2、验室建设和发展的主要成功因素。美国以能源部国家实验室为代表的国家实验室体系，在美国国家创新体系中占居重要位置。按美国能源部的说法，美国能源部实验室系统是美国科研事业的中坚力量,也是世界上同类研究中最全面的研究网络。美国能源部国家实验室（以下简称美国国家实验室）可以追溯到二战时期的曼哈顿计划，在1947年新成立的原子能委员会(AEC)的支持下得到发展。在75年的发展历程中，美国国家实验室以满足国家战略需求为使命，随着美国不同时期国家需求和任务的变化而调整和发展，形成一个有内在动力的体系，在能源创新、科学前沿、国家安全、环境管理和大型科学设施等方面都做出了突出的贡献，如高性能计算、解码DNA、核能

3、利用、医疗诊断、探索太空、把网络带到美国、发现了22个新元素,1950年以来产生了61位诺贝尔奖获奖者等。美国国家实验室不仅是美国科学技术体系的一个重要组成部分，也是现代大科学发展的一个重要表现形式，其中的经验对我国国家实验室建设具有重要的参考价值。国内学术界对美国国家实验室开展的研究主要集中在实验室的研究定位、管理机制、绩效合同管理、经费配置、技术转移、基础研究、建设关键要素以及具体实验室的研究。但对于美国国家实验室的建立与发展历程的研究还不足，因而对美国国家实验室一些重要问题的研究和讨论缺乏历史基础，难以获得深入和全面的理解。因此，对美国国家实验室产生和发展历史的探讨是一项十分必要的研究工

4、作，对于深入研究国家实验室建设这个议题可以提供基础性的认识和启发。美国学术界对美国国家实验室的研究主要有PJ韦斯特维克(PJWeStWiCk)关于AEC时期(1947-1974)国家实验室建立和发展的研究，对具体实验室的研究有关于劳伦斯实验室、橡树岭实验室、布鲁克海文实验室等的研究，以及一些相关论文。对能源部时期(1977年至今)国家实验室发展的综合性研究还没有。美国著名的科技政策学者迈克尔,克劳(MiChae1Cow)和贝瑞波兹曼(BarryBozeman)在研究联邦实验室的专著中指出，美国联邦实验室的规模、范围和任务多种多样，难以获得整体的认识。对联邦实验室的一大类一一国家实验室的研究也存

5、在这样的困难。本文以美国学术界的相关研究和政策文献为基础，对美国国家实验室的起源和发展做一探讨，主要围绕两个问题：美国国家实验室是如何建立和发展起来的？美国国家实验室在国家科技和创新发展中起到了什么样的作用？一、美国国家实验室的起源(-)核物理的发展20世纪30年代末，出现了后来所称的大科学：大型仪器、高投入、团队分工和组织管理，代表性的发展是核物理,回旋加速器已在美国和欧洲国家广为建造和使用，其中最有名的是美国科学家欧内斯特劳伦斯(EmeStOr1ando1aWrenCe)于1932年设计和制造了第一台高能粒子回旋加速器。1938年，德国科学家奥托哈恩(Ottohahn)和弗里茨斯特拉斯曼(

6、FritZStrassmann)在实验中发现了核裂变现象，随后奥地利科学家莉泽迈特纳(1iSeMeitner)与奥托弗里施(OttOFrisch)对核裂变给出了理论解释。1939年6月，弗里茨和鲁道夫佩尔斯(REPeieHS)在英国伯明翰大学对铀-235临界质量的研究证明了核武器的可行性。核裂变发现之后，美国大学科学家开始探索核裂变的涵义。在战时万尼瓦尔布什(VanneVarBush)领导的国家科学研究委员会(NDRC)1940年6月成立，一年后扩展为科学研究与发展局(OSRD)的资助下，美国大学开始开展这方面的工作，分布在哥伦比亚、芝加哥、普林斯顿等地。1942年，这些力量集中到芝加哥大学金

7、属实验室。在恩利克费米(EnricoFermi)的领导下，金属实验室于当年12月在世界上首次实现了链式反应。(二)曼哈顿计划的实验室1942年6月，原子弹的研制工作移交给美国陆军工程兵,在纽约曼哈顿设立办公室，监督整个工程任务建设。为了保密起见，将其命名为曼哈顿工程区(ManhattanEngineerDistrict)o由于保密和生产的原因，最后选择的铀工厂分别设在田纳西的橡树岭(生产铀235)和华盛顿州的汉福德(生产杯239),最重要的原子弹实验室设在新墨西哥州的不毛之地洛斯阿拉莫斯，由尤利乌斯奥本海默(Ju1iusRobertOppenheimer)领导。此外，芝加哥大学的金属实验室、加

8、州大学伯克利分校的辐射实验室也发挥了重要作用。曼哈顿计划采取了NDRC创建的合同制，即政府通过与大学、工业实验室签订合同的办法来实施研究项目，而不是由政府直接控制。当年的布什等科学精英选择合同制的原因之一是科学家担心完全受到军方控制，拒绝被纳入军事指挥结构，而合同制能够构建学术界与工业界的伙伴关系，把科学家对自由的需求与政府经费不被误用结合起来。曼哈顿计划的几个实验室采取大学和私营公司管理的方式，汉福德和橡树岭由私营公司一一美国电话电报公司（AT&T）、杜邦公司和孟山都公司一一管理，洛斯阿拉莫斯实验室由加利福尼亚大学管理。芝加哥大学金属实验室分出一部分，成立阿贡实验室，由芝加哥大学管理。这就是

9、美国国家实验室国有民营（GoCo）管理模式的起源。（三）曼哈顿之后实验室的状况一一区域实验室曼哈顿计划的实验室是战时建立的，战后何去何从仍然是未知数。到1943年，曼哈顿计划的领导们确定战后政府仍然会支持核研究，就开始讨论战后实验室的发展。1944年,区域实验室（regiona11aboratories）的设想出现。所谓区域实验室就是政府投资、由非营利机构管理的实验室，它的目的是为周围的大学提供使用昂贵仪器设备的机会，而这些昂贵的仪器设备靠单个的大学是无法建造的；同时为开展政府部置的大规模的项目研究，与学术机构、政府和工业界交流信息。曼哈顿计划的战后政策咨询委员会建议，战后应该创建5-6个这样

10、的实验室。二战后，美国进入恢复和重建时期，实验室面临战时的合同终止，政府和科学界都认为应该继续支持实验室的发展。在战后科学政策立法争论的空隙期，曼哈顿计划的领导人莱斯利格罗夫(1eSS1eyGrove)将军认为应该保持住曼哈顿计划的投资，确保将来的国家安全，消除科学家的疑虑。曼哈顿总部(MED)决定战后继续支持实验室的发展，在保持支持伯克利、橡树岭和洛斯阿拉莫斯实验室现有地位的同时，MED按照区域实验室的思想开始建设实验室。在中西部大学代表的推荐下，阿贡实验室作为一个区域实验室建设的试点，由芝加哥大学统一接管，把之前金属实验室的项目、仪器和人才，都划归阿贡实验室。金属实验室前主任法林顿丹尼尔(

11、FarringtonDanie1s)为阿贡实验室提供了一份建设计划，在实验室前面加上了国家的/全国的(nationa1),阿贡核子实验室成为靠近芝加哥的国家核子实验室，实验室有两个目的，为政府开展核研究，发展和帮助全国范围的大学开展核研究、特别是中西部的大学。阿贡实验室的提议带来东北部大学的竞争。东北部大学联盟提议在纽约和波士顿建立两个区域实验室，MED只同意建立一个实验室，建议两个方案合并。1946年3月，筹备委员会提出方案，在靠近纽约的布鲁克海文建立一个包括主要反应堆的核实验室，做那些已有实验室的补充。像阿贡实验室一样,布鲁克海文国家实验室的创立者也把国家的雄心与地方服务混在一起，他们提议

12、的最后版本由东北区域实验室变成国家核科学实验室。1946年3月，MED科学咨询委员会接受了国家的这个名称，把它应用于区域的概念。委员会建议，国家实验室应该提供对于大学或私营企业来说太昂贵的仪器，从事非保密的研究。委员会同意建立像阿贡和布鲁克海文这样的实验室，建议劳伦斯的伯克利辐射实验室可以称为特殊类型的国家实验室。格罗夫的副手把国家实验室的概念推广到其他已经存在的曼哈顿计划实验室。这样，国家实验室在理念上形成了双重身份：实验室有固定的员工从事国家安全目标的研究，为来访的科学家提供昂贵的设施开展基础研究。但实际上，就名称而言，在最初的30年，只有二战后新建的阿贡和布鲁克海文以及1948年重建的橡

13、树岭这三个实验室享有国家实验室的称号。二、原子能委员会时期(1947-1974)美国国家实验室体系形成于AEC时期。作为美国历史上一个十分有特色的独立机构，AEC塑造了美国国家实验室的发展。根据美国学者韦斯特维克的研究，这一时期可以分为三个阶段：国防任务占主导阶段(1947-1953),原子能和平利用和太空竞赛阶段(1954-1962),以及使命扩展阶段(1962-1974)。(一)原子能委员会的成立二战后，美国政府和科学界都认识到战后的和平需要建立在对核能的控制上，但对于如何控制原子能分歧很大，争论的一个焦点是核能应该由军事机构控制还是民用机构控制。最后，民用机构控制原子能的方案取得胜利。1

14、946年8月1日，杜鲁门总统签署了原子能法案。法案在明确共同防卫和安全的最高目标下,提出原子能的发展与利用要用于改善公共福利和加强私营企业的自由竞争、促进世界和平。法案创建了AEC,赋予它前所未有的监管整个核科学技术领域的权力。AEC由5名委员管理，他们均是由总统任命、参议院批准的民间人士。与曼哈顿计划的军事等级管理不同，5名委员分布权力。作为一个独立的机构，AEC通过委员会主席直接向总统汇报。AEC设立总顾问委员会(GAC),由9名科学家和工程师组成，这些人许多是曼哈顿计划的功臣，对AEC早期的决策起到了重要的作用。法案在国会设立AEC联合委员会，由18名国会议员组成，参众两院各占一半,负责

15、对AEC的监管(由于联合委员会的支持，AEC在国会的预算中享受一定的独立性)。AEC下设4个部门：军事应用、裂变材料生产、工程和研究。法案还设立军事联合委员会，与国防部门保持联系。总统任命的第一任主席是田纳西河谷管理局(TVA)前局长戴维利林塔尔(DaViCI1iIienthaI),他把民主化管理的风格带入AEC。1947年1月，AEC成立，接管了曼哈顿计划的实验室，包括200多个管理人员和1万名雇员。AEC仍然采用曼哈顿计划按合同管理实验室的方式，提供目标设定和政策引导，具体的管理则由合同管理者负责。AEC打破了曼哈顿计划通过军队集中化管理的方式，采取分散化管理原则，把运行权力下放到各地的办

16、公室。(二)国防任务占主导阶段(1947-1953)1、武器研制按照AEC的使命，发展武器是国家实验室最重要的使命。随着冷战的开始(1947)、苏联原子弹爆炸成功(1949)、朝鲜战争(1950),武器的研制占有日益重要的位置。由于二战的成功经验，AEC想把从曼哈顿计划继承的实验室集中化管理。在这些实验室中，洛斯阿拉莫斯实验室是唯一的武器实验室。制造核武器的桑迪亚实验室，于1949年被洛斯阿拉莫斯作为工程部分分拆出来，由AT&T运营。苏联原子弹爆炸成功之后，爱德华泰勒(EdWardTeiIer)等几位科学家倡议制造氢弹，建造第二个武器实验室。关于武器研制是集中一个实验室，还是分散管理，引起了很大争议。其他实验室也响应军事目标的需求，阿贡保持一支专攻武器难题的理论研究小组，帮助分析核试验的数据，设计新的重水反应堆。布鲁克海文提出建设18英寸的回旋加速器以产生中子，AEC批准了这个建议，并进行了扩展，认为截面的数据对反应堆项目也是有用的。