（4）材料科学部。研究方向包括：各种超导氧化物的特性，超导体特性描述和制作，先进的永磁材料的特性，电池和燃料电池材料的合成，金属钝化和局部腐蚀的机理，水泥玻璃材料特性的研究和开发等。

功能性纳米材料中心：这里为研究人员提供加工和研究纳米尺度材料最先进的能力。其工作重点是要做到基本了解这些材料处于纳米尺度形态时如何反应。

RIKEN BNL研究中心：该中心是日本理化所建在布鲁克海文国家实验室的一个研究中心，研究的重点是相对论重离子对撞机物理计划、硬量子色动力学/自旋物理、格点量子色动力学和相对论重离子物理。

计算科学中心：这里主要通过使用最先进的计算机为从事生物学、化学、物理、应用数学、医学和纳米科学的研究人员提供分析计算能力。这里拥有庞大的Linux群簇器和两台分别有12288个处理器的QCDOC计算机。

平移神经成像中心：科学家们在了解脑在细胞水平如何工作方面已经取得重大进展。但用这一知识理解人类行为和治疗脑疾病，如进食障碍、注意缺损障碍等方面相对落后。这个中心的宗旨就是采用补充的脑成像工具网络包括正电子断层照相和核磁共振成像来解决这个差距。

放射化学研究中心：该中心采用脉冲辐解技术，通过使样品产生高能电子脉冲，研究化学反应和其他现象。这些反应由各种时间分辨光谱学方法和其他探测技术进行跟踪。该中心有新的皮秒激光-电子加速器装置，一台MeV静电加速器和一台钴-60源。

分子科学光谱学中心：该中心由BNL化学系的化学物理组、纽约州立大学石溪分校和哥伦比亚大学有关成员组成，在高分辨率激光光谱技术方面集中了国际上公认的专门技术，与理论和计算方法有强交互作用。

环境废物技术中心：其宗旨是通过采用现场技术、废物成形、地球化学、材料技术、风险评估和排除污染以及退役领域里的创新性和实用的解决办法，解决当今危险材料的管理问题。

国家核数据中心：该中心向美国和加拿大的用户提供低能和中能核物理领域里信息服务。特别是能够提供中子、带电粒子和光核反映、核结构 以及衰变数据方面的信息。

加速器物理中心：该中心是个跨部门单位，其任务是促进加速器物理的演技和教育。

相对论重离子对撞机：这是一台最近完工的加速器，用来使交叉的重离子束流发生对撞，寻找一种称为夸克-胶子等离子体的物质态。交变梯度同步加速器：这是一台直径为843英尺的粒子加速器，用来将质子和重离子加速到高能开展物理研究。辅助的装置有200 MeV直线加速器、交互梯度同步加速器增强器和国家宇航局空间辐射研究实验室。

国家宇航局空间辐射研究实验室 (NSRL)：是世界上仅有的几个能够模拟空间发现的苛刻的宇宙和太阳辐射环境的设施之一。采用从美国最好的布鲁克海文加速器引出的重离子束流开展放射性生物系学的研究。

国家同步辐射光源（NSLS）：这是一台为产生可用于研究物质精细结构的同步辐射而专门设计的加速器。在这里，通过真空窗口能够看见蓝色的同步辐射光。

串联静电加速器：被用来使物质与离子撞击，用于加工和试验目的。它们还被用来给相对重离子对撞机提供重离子。

高场核磁共振装置：用于人的医学成像研究。它有一个能够产生世界上用于人体研究最高场强的4个泰斯拉的整块磁铁的核磁共振仪器。

加速器测试设备：用来研究粒子加速和产生更亮用于应用研究的X射线束流。

正电子断层照相（PET）设备：用来使脑成像，以便进行治疗人吸毒成瘾、衰老过程药物的研发。

激光电子加速器装置（LEAF）：这是BNL辐射化学研究中心的一台皮秒激光-电子加速器装置。

回旋加速器：由化学系运行，60英寸的回旋加速器和40英寸“医用回旋加速器” 用来生产用于正电子断层照相装置和核磁共振装置研究的放射性试剂。

透射电子显微镜：由能源科学和技术系运行，用于材料表征的独特探针。

扫描透射电子显微镜：由生物系运行。这是一定制的为使带有最小辐射损伤无污垢的生物分子进行优化的电子显微镜。

1987年，布鲁克海文国家实验室成为采用正电子断层照相和其他医学成像技术，研究毒品上瘾脑机制的第一个研究机构。布鲁克海文的科学家们正在研究对尼古丁、可卡因、大麻、甲基苯丙胺、酒精和溶剂上瘾的机制。通过观看脑化学的变化，了解毒品如何引起这些变化，从而提出预防措施和帮助设计新的抗上瘾药物。

纳米科学是研究超小尺度—— 纳米尺度，即10-9米下的物质。

纳米尺度科学、工程和技术是一个新兴的交叉学科领域，涉及材料科学家、化学家、物理学家、生物学家和其他研究人员。他们的目标是以原子和分子为单位设计和组装需要特性和功能的新材料。

布鲁克海文国家实验室在生命科学方面所进行的研究具有很长和光荣的历史，为DNA和蛋白质、改变它们的细胞机制、开发研究人类疾病的成像技术的基础研究和基于从这些研究得到的知识的生物医学应用方面作出贡献。

DNA的损伤和修补：布鲁克海文的生物学家们研究细胞对受损DNA的反应、生物化学和修补细菌、植物和动物中DNA机制的遗传学。已经开发出精确测量DNA损伤和修补的高灵敏技术。

排序技术：布鲁克海文基因组排序小组已经开发出排列人类染色体困难区域先后顺序的技术。利用这样的技术，科学家们已经成功地填补了染色体19排序中的空白。

空间生物医学研究：布鲁克海文的科学家们正在不断改进探测和量化空间辐射生物效应的方法。该工作将帮助评估宇航员在执行长期空间任务时所面临的辐射风险，并帮助改进放射疗法杀死癌细胞的潜力。在布鲁克海文的国家宇航局辐射实验室是世界上能够模拟进行这一研究需要苛刻的宇宙和太阳辐射空间环境的几个少数地点之一。

布鲁克海文实验室的国土安全研究项目：BNL国土安全研究项目的重点是开发保护美国国内外国家安全利益所面临挑战的先进的基于科学的解决方法。

布鲁克海文的科学家们已经开发出包括保护裂变物质领域里许多反恐怖主义和非扩散技术；研制出探测核武器、脏弹、有毒化学物质、生物病原体和爆炸物的传感器；设计了用于识别、表征和管理各种环境中的风险的工具和方法。布鲁克海文最近被指定为美国国土安全部官方有贡献的实验室，并期望在未来几年内极大地扩大其国土安全方面的工作。

高能和核物理：经过10年的预制研究和建造，相对论重离子对撞机（RHIC）于2000年投入运行。世界上许多科学家利用这一对撞机研究宇宙形成后头几分钟是何情景。RHIC使两个金离子束发生亚原子对撞，从这些对撞中，物理学家们获得的知识可能会有助于我们了解小到亚原子粒子大到星体的物质世界为什么会按其运动的方式运动。

锝-99m的开发：20世纪50年代，BNL的科学家Walter Tucker和Powell Richards开发出放射性示踪元素锝-99m。1966年起，由于锝-99m几乎可用于体内任何器官的造影，世界对该示踪元素的需求大增，美国每年在1300万核医疗过程中使用它。

帕金森病的研究：20世纪60年代，BNL的科学家George Cotzias开始研究用左旋-多巴治疗帕金森病。在尚无良药的情况下，左旋-多巴帮助许多患者在生活上实现了自理。

心脏扫描：1990年，利用BNL的国家同步光源，首次将人类心脏显影，采用的技术称为经静脉血管造影技术。美国有500万人患心脏病，开发这一方法对他们的动脉造影，其危险性比采用通常技术低。

盐与高血压：1952年，BNL的科学家Lewis Dahl开始从事具有开创性的盐与高血压有关的研究。在25年实验的过程中，他发现盐的摄入量高对青年人危险性较大。他的研究表明：人的遗传背景使盐在很大程度上引起高血压。

率先研制出诊断工具：BNL从事的核物理研究导致开发出医用放射性同位素。在早期开发锝-99m的基础上，Suresh Srivastava和他的同事们1988年研制了一种易于使用的工具盒，将锝-99m附在红细胞上，医生通过心脏和其他器官可看到血液的流动。到20世纪中叶，该工具盒在世界上得到广泛应用。

心脏健康检查：世界上成千上万的病人都接受过心脏负荷实验，但只有少数人知道这些实验使用的是铊-201。铊-201是在BNL60英寸的回旋加速器上开发出来的。铊-201多数集中在心脏肌肉内，医生用同位素照相机可以测量它的分布。将放射性同位素注入心脏病病危者的血流中，可对心脏受损情况进行安全有效的诊断。铊-201可用来诊断早期心脏病。

缓解癌症疼痛:BNL的研究人员利用高通量束流反应堆开发出一种放射性化合物，称为锡-117m DPTA。20世纪90年代中期，在最初临床实验中，使用这一放射性同位素的癌症患者中80%疼痛有所缓解，20%的患者疼痛几乎消失。

正电子断层扫描仪:1961年，BNL的化学家们开始研究如何通过分析注入到血流和被肿瘤吸收的放射性物质的衰变来探测小型脑肿瘤。20世纪70年代，BNL的研究人员发现了将探测器数据重建成脑影象的方法，该工作是迈向现代正电子断层扫描仪的重要的一步。

核磁共振成像技术：BNL开发了被称为正电子断层照相也称“PET”的强有力的医学成像技术，医生可利用此项技术观测人体内器官的活动情况，以便治疗病人和开展医学研究。BNL开发的放射性示踪元素，一种称为葡萄糖的18FDG几乎用于每个PET中心对癌症的诊断。作为成像和神经科学中心的一部分，BNL研制的核磁共振成像装置为研究人的心脏及人脑补充了其他两种成像方法。

测量脑功能：PET的探测器可对人体特定部位进行测量，如测量脑部有多少释放出称为正电子粒子的放射性示踪元素。1983年，PET的开拓者Alfred Wolf做了一项实验，将自己的头放入BNL一台PET机器的圆形阵列里，研究脑是如何发送和接收书面和口头表达思想的。

毒瘾研究：研究吸毒对人脑的影响。20世纪90年代初，BNL的科学家率先报道了吸食可卡因和海洛因及嗜酒精成瘾的人抑制了其脑多巴胺系统的活动。这一发现也适用于吸食甲苯丙胺成瘾和受肥胖困扰的人。BNL的研究为治疗吸毒提出了新的方法。

花的提示：从1958年开始，BNL的研究人员利用紫露草属花的花瓣随像化学物品或辐射等不同的诱变剂而改变颜色的特性，率先使用紫露草属花作为研究细胞变种的工具之一。

基因突破：1992年，BNL的生物学家们首创了一种解密DNA结构的新方法，从而破译了引起淋巴腺疾病的细菌的染色体组，有助于寻找新的疫苗。

氚胸腺嘧啶核甙：1956年BNL的科研人员发现了一种研究DNA新方法，将放射性同位素氚附在DNA组成部分之一的胸嘧啶核甙上，用于研究DNA双螺旋（左旋）载体染色单体。

1957年BNL的生物学家们利用氚胸腺嘧啶核甙产生植物根部合成的DNA图象，检验了Watson-Crick分子结构模型。另人惊讶的结果提供了DNA在单个染色体水平上复制的Watson-Crick模型的第一个证据，该实验还首次从微观上对“姊妹染色单体”进行了识别。在研究细胞在体内移动和生长过程中，证明氚胸腺嘧啶核甙也是有用的。经过用老鼠做的初步实验后，1957年开展了首次人类临床研究。

紫外光与癌症：1979年，BNL的生物学家将人体皮肤细胞置于几个小剂量的紫外光下照射，模拟接受多次小剂量阳光照射的人体发生何种变化。首次将被紫外光照射后的人体细胞变化到恶性阶段前显示出来。BNL的生物学家Richard Setlow在后来的实验中，使用剑尾鱼属逆代杂交鱼来显示恶性黑素瘤可由紫外光-A和紫外光-B诱发。而以前，只认为紫外光-B的照射可引发这类皮肤癌。

病毒机理：将来可能有一天，每个物种的DNA序列均有案可查。但在1982年，情况远非如此。BNL的科学家们完成了病毒T7的DNA序列确定，当时已知它的DNA序列最长。此工作证明了这一点，一共数出和认出它的39，936个基对。遗传图与病毒T7的蛋白质产生相关联，蛋白质的产生使人们能详细地了解这些病毒是如何控制自身复制的。

经历了70余年的发展，BNL拥有3台开展研究用的反应堆、回旋加速器、同步辐射光源，以及强场核磁共振仪、投射电子显微镜、扫描电子显微镜、正电子断层成像仪等大批大型仪器和设备。它开创了核技术、高能物理、纳米技术等多个领域的研究，还在生物、化学、医学、材料科学、环境科学、能源科学和技术等多学科开展研究。大科学装置群的强大支撑能力和多学科交叉的环境，使BNL在发展新型、边缘科学和突破重大新技术方面具有强大的能力，取得多项令世界瞩目的重大成果，并数次获得诺贝尔奖，成为著名的大型综合性科学研究基地。

石墨研究反应堆BGRR

BGRR（Brookhaven Graphite Research Reactor）是BNL的第一台大反应堆，也是二次大战后美国在和平时期建造的第一台反应堆，1947年开始建设，1950年8月投入运行。BGRR由重700吨25英尺的石墨立方体构成，铀作为燃料，功率为20兆瓦，最大中子流量约为2×1013 /厘米2/秒。其主要任务是为科学实验提供中子，改进反应堆技术。1955年，BGRR的中子通量已明显不足以支持所提出的实验。1958年BNL设计了新型的反应堆，即高通量束流反应堆（HFBR），获得原子能委员会的批准。BGRR提供了18年（1950年-1968年）的服务后永久停机，于20世纪末彻底退役。

高通量束流反应堆HFBR

HFBR（High Flux Beam Reactor）的中子通量不在堆芯内达到最高值，而是在堆芯外面达到最大值，中子束流通过堆芯切线处出来的束流引出口随时可供实验人员开展研究。1965年10月31日，HFBR首次实现了自我持续连锁反应。HFBR的设计功率40兆瓦，中子通量为1.6×1015 /厘米2/秒，比BGRR高50个数量级，1982年功率提高到60兆瓦，晚期低到30兆瓦。运行30多年中通过正常的改进升级，HFBR作为可依赖的中子源在使用上创造了令人羡慕的记录，1999年永久退役。

医学研究反应堆BMRR

BMRR（Brookhaven Medical Research Reactor）是美国首次专为医学研究建造的反应堆，1959年3月15日开始运行，直到2000年12月。它产生的最大中子通量为2×1012/厘米2/秒。

质子同步加速器COSMOTRON

BNL于1948年开始建造第一台质子同步加速器，取名COSMOTRON，系世界上首台将粒子加速到10亿电子伏特级（GeV）的加速器（与簇射到地球外部大气层的宇宙线能量相同）。COSMOTRON 1953年建造成功，能量达到设计指标（3.3GeV），是当时世界上能量最高的加速器，也是首台为在加速器之外提供实验粒子束流的同步加速器。早期为实验引出的束流流强为100亿个质子/脉冲，到1966年时流强提高了近100倍。COSMOTRON是首台产生所有已知宇宙中存在的正负介子的加速器，使发现K0L介子和第一个矢量介子成为可能。同时它还是首台产生不稳定重粒子的加速器，在实验中证实了相关奇异粒子产生的理论。因COSMOTRON在设计时存在固有的局限性而使其能量受到限制，运行14 年后于1966年关闭，1969年拆除。

交变梯度同步加速器AGS

随着加速器技术的发展，为将质子加速到更高的能量，BNL1960年建成了直径843英尺的交变梯度同步加速器AGS（Alternating Gradient Synchrotron），能量达到设计指标33 GeV，用来将质子和重离子加速到高能开展物理研究。该加速器在其运行初期，束流的最高流强为3000亿个质子/脉冲，比原设计的流强高30倍。到1986年流强达到1012质子/脉冲，比设计指标高出1800倍。科学家们利用AGS开展物理实验，其中有四项实验结果获诺贝尔物理奖。美国国家宇航局空间辐射研究实验室（NSRL）利用AGS引出的重离子束流开展放射性生物学的研究。

AGS属固定靶实验，因技术原因一直无法实现加速束流的对撞，直到提出利用超导磁铁建造两个质子交叉储存环，才使束流对撞成为可能。

超导加速器ISABELLE

1975年第一块1：1的超导磁铁研制成功，其磁场强度超过了预计设计值。1977年利用此技术开始建造一台新的加速器ISABELLE，但1981年在制造超导磁铁中遇到一些难以克服的技术问题而于1983年停建。科学家们继续研究制定新的更先进的加速设计方案。

相对论重离子对撞机RHIC

1984年提出了建造相对论重离子对撞机RHIC（Relativistic Heavy Ion Collider）的方案，使交叉的重离子束流发生对撞，寻找一种称为夸克-胶子等离子体的物质态。RHIC充分利用BNL原有的设备，将AGS作为注入器并利用原ISABELLE隧道。经过10年的预制研究和建造，RHIC于2000年投入运行，是世界上唯一的重离子对撞机，它可以加速从质子（250 GeV）直到金离子（100 GeV/核子）的各种离子并使之对撞。重离子从串列静电加速器（Tendem）出发，经过传输线HITL 送到直线加速器注入增强器，再送到交变梯度同步加速器AGS 加速，最后通过束流传输线ATR 注入RHIC。在RHIC 中，相互对撞的是同一种重离子，分别在两个独立的超导储存环中积累、加速、储存，并在六个对撞点交叉对撞。科学家利用RHIC研究宇宙大爆炸后早期现象，研究重离子对撞产生夸克-胶子等离子体等复杂过程。

同步辐射光源NSLS

1978年9月28日，美国能源部拨款在BNL建造专用于产生同步光的同步辐射光源NSLS（NationalSynchrotron Light Source）破土动工。NSLS分为两个储存环，小环为真空紫外环（0.8 GeV），建于1984年，约有25条光束线，主要提供紫外、可见、红外及部分X光。大环称为X光环（2.5 GeV），建于1986年，约有60条光束线，产生比真空紫外环能量更高的X光。NSLS每天24小时运行，产生世界一流的光束，可同时进行80个以上的不同的实验，每年为400多个学术界、工业界和政府研究机构的2500名科学家提供重要的科研手段。他们无数的研究项目每年大约出650篇论文，其中有125篇以上的论文刊登在主要的学术杂志上。

除NSLS光源外，BNL还有强场核磁共振仪、30kV投射电子显微镜、扫描电子显微镜、正电子断层成像仪、生产放射性示踪剂的回旋加速器等一大批大型仪器和设备，使BNL具备了非常强大的支撑多学科研究的能力。

同步辐射光源NSLS-II

NSLSII的设计渲染图，经过20年的不断改进，NSLS的性能实际上已达到极限。保持和提高NSLS用户的积极性和用户的数量，需要继续提供能够满足它们现在和将来科学上的需要，研制能提供更高的平均亮度和通量的新装置已不得不提上议事日程。这一新的装置被称为NSLS-II，它将保留构成现行NSLS研究特点的跨学科性质，同时提供新的能力以满足用户的进一步要求。

NSLS-II仍属第三代同步辐射光源，其波荡器采用了全新的设计和加工工艺，可达到更强的X射线叠加效果，因此电子团能量级别可有所减小，轨道可相应减小，产生的X射线的亮度将比NSLS高10000倍，是先进的中能电子储存环（3 GeV）。NSLS-II的设计工作从2005年开始，2008年开始建造，计划2012年投入运行。

NSLS-II将为BNL带来新的科学机遇，它所提供的各种能力的组合将在未来几十年内将对美国主要的科学研究项目产生重大影响，例如在国家卫生研究院结构基因组、能源部基因组到生命和其他主要研究项目中起关键作用；大大提高研究凝聚态物理和材料科学的实验能力；提供范围广泛的纳米分辨率探测器，满足国家迅速增加的纳米科学计划；对决定地球和星体演化的过程提供新的解释，这些研究项目涵盖了生命科学、材料科学、化学科学、纳米科学、地球科学、环境科学等广泛的不同学科和研究领域。

2009年3月23日，美国能源部部长朱棣文访问BNL时宣布向该实验室投入1.84亿美元资金，主要用于NSLS-II的研究。朱棣文强调：对于美国的经济繁荣来说，科技的领先地位是至关重要的，这个项目不仅能为经济的短期恢复提供帮助，最重要的是向代表了国家未来的基础研究做了战略投资。

深紫外自由电子激光DUV-FEL

深紫外自由电子激光DUV-FEL（Deep Ultra-violet Free Electron Laser）也是研究平台型装置，1995年开始设计和建造，2002年建成。DUV-FEL利用NSLS的直线加速器，先让电子沿着直线加速器加速，之后电子通过正弦式轨迹激励磁铁（称为插入件），同时与来自种子激光（seed laser）的光藕合，产生脉冲极强的高能光。由于这种光极为稳定，每个脉冲持续不及兆分之一秒。短暂而强烈的光使研究者得以拍下化学反应短暂分子变化过程的极速快照。

作为一个实力强大的大型综合性研究机构，BNL取得了辉煌的科学成就。高能物理方面的成就有m中微子的发现、J/y粒子的发现、CP破坏、宇称破缺和太阳中微子研究中的先驱性工作等。在多学科研究中有利用X射线和中子开展生物样品研究这样导致结构生物学的开创性工作，用于医学的L-多巴、和铊-201、锝-99m放射性核素的发明、以及X射线心血管造影术的发展。高技术方面有磁悬浮列车技术的发展。加速器技术方面有对于现代粒子加速器利用有决定意义的强聚焦原理的发明。共有7项诺贝尔奖与BNL相关：

李政道和杨振宁1956年在BNL工作期间，成功地解释了在BNL的COSMOTRON加速器上所做粒子衰变实验的结果，发现弱相互作用中宇称不守恒，荣获1957年诺贝尔物理奖。

丁肇中1974年利用BNL的AGS加速器开展物理实验，与在SLAC国家加速器实验室开展实验的Burton Richter同时发现粲夸克，获1976年诺贝尔物理奖。

James Cronin 和Val Fitch 1963年开始在BNL的AGS上开展物理实验，结果发现CP破缺，获1980年诺贝尔物理奖。

Leon Lederman，Melvin Schwartz和Jack Staeinberger 1962年在BNL的AGS上开展物理实验中发现μ子-中微子，获1988年诺贝尔物理奖。

Raymond Davis Jr.因探测到太阳中微子，与日本的Masatoshi Koshiba和美国的Riccardo Giacconi一起获2002年诺贝尔物理奖。

Roderic MacKinnon因阐明了离子通道的结构和机理，与发现并描述了细胞膜水通道蛋白质特性的Peter Agre分享了2003年诺贝尔化学奖。他们的研究中，基于同步辐射的蛋白质结构测定发挥了很关键的作用，部分研究在NSLS上完成。

Venkatraman Ramakrishnan 和 Thomas A. Steitz 因在核糖体结构和功能研究的巨大贡献，获得2009年诺贝尔化学奖。

BNL形成的这种大科学装置群的强大支撑能力和多学科交叉的环境，使其在发展新型、边缘科学和突破重大新技术方面具有强大的能力。2000年美国决定大力发展纳米科学技术时，能源部迅即在几个大科学装置基地建立了5个各具特色的纳米中心，其中能为研究人员提供加工和研究纳米尺度材料最先进能力的BNL成为5个纳米研究中心之一，这正是充分利用BNL这种强大能力的有力证明。

除了纳米研究中心，BNL还建有多个研究中心，包括：计算科学中心（用最先进的计算机为从事生物学、化学、物理、应用数学、医学和纳米科学的研究人员提供分析计算能力）、平移神经成像中心（正电子断层照相和核磁共振成像等脑成像工具网络）、放射化学研究中心（拥有皮秒激光-电子加速器装置LEAF，MeV静电加速器和钴-60源）、分子科学光谱学中心（高分辨率激光光谱研究）、环境废物技术中心（解决危险材料的管理）、国家核数据中心（提供中子、带电粒子和光核反应、核结构及衰变数据的信息）、加速器物理中心（加速器物理研究）、RIKEN BNL研究中心（日本理化所建）等。BNL已经成为国际著名的大型综合性科学研究基地。