樊春良：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 ... ... . ...

美国国家实验室

的建立和发展

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。”^[1] 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，^[2]1950年以来产生了61位诺贝尔奖获奖者等。^[3]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、^[4]管理机制、^[5]绩效合同管理、^[6]经费配置、^[7]技术转移、^[8]基础研究、^[9]建设关键要素^[10]以及具体实验室^[11]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P.J.韦斯特维克（P.J.Westwick）关于AEC时期（1947-1974）国家实验室建立和发展的研究，^[12]对具体实验室的研究有关于劳伦斯实验室、^[13]橡树岭实验室、^[14]布鲁克海文实验室^[15]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（Michael Cow）和贝瑞·波兹曼（Barry Bozeman）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。^[16]对联邦实验室的一大类——国家实验室的研究也存在这样的困难。

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?

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，^[17]其中最有名的是美国科学家欧内斯特·劳伦斯（Ernest Orlando Lawrence）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（Otto hahn）和弗里茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)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（Lise Meitner）与奥托·弗里施（Otto Frisch）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（R.E.Peierls）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（Vannevar Bush）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属实验室。在恩利克·费米（Enrico Fermi）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。

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（Manhattan Engineer District）。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（生产钚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（Julius Robert Oppenheimer）领导。此外，芝加哥大学的金属实验室、加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。^[12]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——美国电话电报公司（AT&T）、杜邦公司和孟山都公司——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。这就是美国国家实验室国有民营（GOCO）管理模式的起源。

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（regional laboratories）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（Lessley Grove）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（Farrington Daniels）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”（national），“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年重建的橡树岭这三个实验室享有“国家实验室”的称号。^[12]