1.超级计算机

国家实验室拥有一些最重要的高性能计算资源，其中包括全球速度最快的 500 台超级计算机中的 32 台。这些系统对复杂的动态系统（例如核威慑）进行建模和模拟，这些系统过于昂贵、不切实际或不可能在现实生活中以千万亿次的操作进行演示。超级计算机正在改变科学家探索宇宙演化、气候变化、生物系统、天气预报甚至可再生能源的方式。

2. DNA数据库的创建

1990年，美国国家实验室与美国国立卫生研究院和其他实验室一起启动了人类基因组计划，这是一项旨在识别和绘制人类基因组所有部分的国际合作项目。基因。

3. 建设互联网

寻求共享粒子物理信息的国家实验室科学家首先在北美安装了网络服务器，开始了我们所知的全球网络的开发。

4、天眼的建立

Vela 卫星于 1963 年首次发射，旨在探测潜在的核爆炸，它改变了美国刚刚起步的太空计划。卫星包括由国家实验室设计和制造的光学传感器和数据处理、逻辑和电源子系统。

5、核医学的建立

国家实验室研究人员开发了核医学领域，生产了用于诊断和治疗疾病的放射性同位素，设计了检测癌症的成像技术，并开发了针对肿瘤的软件。

6.为NASA飞机提供能源

美国国家实验室制造了放射性同位素热电发电机的外壳，为卡西尼号等航天器提供燃料，并已开始为未来的 NASA 任务生产钚 238。

7、核能开发与应用

国家实验室科学家和工程师在开发安全、高效、零排放的核能方面处于世界领先地位。自第一座核反应堆发电以来，国家实验室一直是和平利用核能的创新引擎。今天的实验室正在支持国家和世界将使用的新一代核能。

8、水净化

从饮用水中去除砷是全球的首要任务。国家实验室设计的持久粒子现在可以做到这一点，使受污染的水可以安全饮用。国家实验室开发的另一项技术利用紫外线杀死水中引起痢疾的细菌，从而降低发展中国家的儿童死亡率。

9.完善蛋白质数据库

在蛋白质数据库中，国家实验室的 X 射线设备提供了超过 100,000 个蛋白质结构中的很大一部分。蛋白质的结构揭示了其功能，帮助科学家了解生物体如何运作并开发疾病治疗方法。几乎每一个上市的新药都是从这些数据库结构开始的。

10、高强度金属材料

国家实验室提供的理论、工具和技术为工业界提供了革命性的材料，例如坚固、轻质的金属和合金，可以节省燃料和维护成本，并使发动机更清洁、更高效。

11. 信使RNA的发现

国家实验室的科学家发现了遗传指令如何传输到细胞的蛋白质制造中心，所有生命过程都从那里开始。随后对被称为信使 RNA 的遗传信使的研究揭示了信息的转录方式以及错误如何导致癌症和出生缺陷。

12. 绘制宇宙和月球背面

国家实验室的科学家们创建了天空和 4 亿个天体的 3D 地图，他们还开发了一种可以捕捉月球背面整个背面的相机。

13.解释光合作用

通过光合作用确定碳路径的国家实验室科学家现在可以使用 X 射线激光技术来揭示该过程中的每个步骤是如何由单个光粒子触发的。这项工作帮助科学家探索从太阳获取可持续能源的新方法。

14.分析历史著作

古代数学家阿基米德的著作几乎失传了数千年，由中世纪僧侣改写，如今借助国家实验室的 X 射线视觉和光源技术，现在可以为现代人所见。这些研究还揭示了名画、古希腊花瓶和其他无价文化文物的秘密。

15. 革命性加速器的建立

国家实验室建成并运行了第一台基于超导射频技术的大型加速器。这种更高效的技术现在为研究机器提供动力，这些机器可以探测物质的核心，研究材料的特性，并提供有关生命构建模块的独特信息。

16.揭示物质的秘密

质子和中子曾经被认为是不可分割的。国家实验室科学家发现质子和中子是由称为夸克的更小的部分组成。随着时间的推移，实验人员发现了六种夸克、三种中微子和希格斯粒子，改变了我们对物理世界如何运作的看法。

17. 确认大爆炸并发现暗能量

美国宇航局卫星上的国家实验室探测器揭示了大爆炸回声中星系的诞生。国家实验室的宇宙学家还发现了暗能量。暗能量是一种神秘物质，它构成了宇宙的四分之三，并导致宇宙加速膨胀。

18.发现22种化学元素

如果没有国家，元素周期表会更小。国家实验室迄今已发现：锝、钷、砹、镎、钚、镅、铯、锫、锎、锿、镄、钚、钚、钚、钚du、铼hi、钚、钚、钚、锡和空气。

19.开发新型制冷剂

美国国家实验室的科学家表示，下一代冰箱可能会使用环保合金，而不是有害的化学冷却剂。

20.无铅合金

得益于国家实验室开发的无铅锡银铜合金，消除环境中有害的铅焊料成为现实。这种无铅焊料已获得全球 60 多家公司的许可。

21. 吸收原油的海绵

国家实验室科学家利用纳米技术制造出一种新型海绵，可以从水中吸收相当于自身重量 90 倍的油。它可以收集石油并重复使用数百次，并且可以收集沉入海底的石油，这是以前的技术无法做到的。

22. 将冲床引入增材制造

国家实验室首创的高压气体雾化加工技术，能够生产用于增材制造和粉末冶金的钛及其他金属钛合金粉末。

23.开发廉价催化剂

低成本催化剂是高效生物质精炼的关键。国家实验室科学家为生物质转化创造了廉价且稳定的催化剂。

24.减少摩擦的高科技涂层

国家实验室科学家创造了一种在设备和部件表面涂上金刚石膜等涂层方法，以减少机器磨损。这种方法可以增加发动机的寿命并减少润滑油的用量。

25. 给伏特充电

国家实验室开发了可为雪佛兰 Volt 充电的先进阴极技术。

26.用水泥粘合新材料

国家实验室科学家开发了一种新型多功能材料，该材料融合了陶瓷和混凝土的特性，创造出一种无孔产品，可以用于从密封油套管到额外的防火墙等各种用途。

27.高效电力传输系统

由超导体制成的新型输电线可以在不损失电力的情况下输送电力。这些原型现已由国家实验室的科学家们部署，可能会开创超高效电力传输的新时代。

28.早期宇宙的夸克汤

国家实验室科学家使用粒子对撞机重建大爆炸后不久仍然存在的原始物质。研究还扩大了科学家对极端温度和密度下物质的理解。

29. 磁悬浮列车

国家实验室科学家开发出利用磁铁的吸引力和排斥力来悬浮和推动火车的技术。磁悬浮列车目前在日本和中国载客，并将很快在其他国家投入使用。

30.开发高效燃烧器

国家实验室研究人员开发出更清洁的燃油燃烧器，可为消费者节省超过 250 亿美元的燃料成本，并减少超过 160 兆吨的二氧化碳排放。

31、改进汽车用钢

一家具有国家实验室背景的公司正在开发一种比普通钢轻得多的金属，保留了钢的强度和延展性，并且可以在不对车辆制造基础设施进行重大改变的情况下进行制造。

32. 检测内部武器

国家实验室研究人员创建了一种设备，可以识别可疑化学和爆炸性弹药及容器的内容，同时最大限度地减少相关人员的风险。该技术可以快速识别武器的化学成分，并已被用于核查世界各地的条约。

33.建立核安全模型

国家实验室科学家开始开发反应堆漂移和泄漏分析程序（RELAP）来模拟核反应堆冷却剂和堆芯的行为。如今，RELAP 在世界各地得到使用，并拥有核和非核应用的许可，包括喷气式飞机发动机和化石燃料发电厂组件的建模。

34. 识别胆固醇

20 世纪 60 年代，国家实验室研究揭示了胆固醇的好处和坏处，对抗心脏病的斗争得到了推动。如今，检测这两种胆固醇的诊断测试可以挽救生命。

35.恐龙灭绝原因调查

1980年，国家实验室的科学家发现，小行星与地球的碰撞是恐龙突然灭绝的主要原因。

36.无CO2冷却材料

国家实验室研究人员和政策专家率先分析和实施了反射阳光、降低表面温度并降低冷却成本的屋顶冷却材料。

37. 生物基燃料

美国国家实验室的科学家帮助开发了一种可以直接从生物质生产燃料的微生物。

38. 储氢纳米材料

为了替代汽油，氢气必须安全储存且易于使用，但事实证明这是难以实现的。国家实验室研究人员现已设计出一种新型柔性材料，利用纳米颗粒快速吸收和释放氢气，而不会产生不利影响，这是燃料电池汽车商业化的重要一步。

39. 氡气监测和风险评估

国家实验室已开展研究，量化氡气在某些地区造成的健康风险。随后的 EPA 标准，加上国家实验室研究小组首创的氡气检测和缓解措施，防止了自然产生的氡气渗入地下室，每年挽救了数千人的生命。

40. 微量取样器

一种能够识别空气、水和土壤样本中微生物的工具正迅速成为公共卫生、医疗和环境清理项目的主力。这种信用卡大小的设备由美国国家实验室的科学家开发，可以查明导致珊瑚礁死亡的疾病，并对美国城市上空的空气传播细菌进行分类。它还用于对深水地平线漏油油柱中的食油细菌进行快速分类。

41. 纳米机器

世界上最小的合成电机以及比人类头发细 10 万倍的收音机、秤和开关都是在国家实验室设计的。纳米技术的这些和其他探索可能会带来拯救生命的药物和更强大的计算机。

42.修复声音

国家实验室科学家发明了一种高科技方法，可以以数字方式重建太脆弱而无法播放的老化录音，例如 19 世纪末爱迪生的蜡瓶。档案管理员估计，世界声音档案馆中的数百万张录音，包括美国国会图书馆的录音，都可以从这项技术中受益。

43. 透明炸药

国家实验室技术人员开发出一种信用卡大小的探测器，可以在短短几分钟内筛查出30多种爆炸物。这些探测器被称为“Elite”，不需要警察使用，广泛应用于军事、执法和安全部门。

44. 增强飞机

国家实验室和工业技术通过激光脉冲轰击金属来强化金属，为飞机工业节省了数亿美元的发动机和飞机维护成本。

45.模拟模拟

国家实验室研究人员开发了DYNA 3D计算机仿真软件，可以使火车、飞机和汽车等物体和设备更安全、更强、设计更好。

46.中微子的发现

国家实验室的研究人员对中微子物理学和天体物理学做出了许多贡献，例如弗雷德·雷因斯和克莱德因发现中微子而获得1956年诺贝尔物理学奖。

47. 伽马射线暴的发现

1973年，美国国家实验室开发的传感器安装在Vela卫星上，用于探测伽马射线暴（GRB）。伽玛暴是来自遥远星系的高能爆炸。科学家认为，这些爆发大多是由快速旋转的大质量恒星塌陷形成中子星、夸克星或黑洞时释放出的窄束强辐射组成的。

48.创造超强磁场

2012年3月，国家实验室的科学家实现了100.75特斯拉的磁脉冲，创造了世界纪录。这个脉冲比地球磁场强近200万倍。这种 100 特斯拉的多粒磁铁可以反复使用而不会被其产生的磁力破坏，从而产生世界上最强大的无损磁场。

49. 气凝胶的热应用

国家实验室研究人员已经完善了气凝胶或冷冻烟雾。它们是有史以来最轻的固体，并且在所有测试的材料中具有最高的耐热性。它们还耐火且极其坚固，能够承受自身重量的一千倍以上。由于其耐热性，气凝胶在建筑、车辆、过滤器和家用电器的隔热方面具有突出的应用前景。

50.细胞分选仪的发明

20 世纪 60 年代，一位国家实验室物理学家发明了一种“细胞分选机”——一种新设备，其工作原理与喷墨打印机非常相似，可以引导含有细胞的微小液滴流。这会偏转感兴趣的细胞，以便对它们进行计数和研究。细胞分选仪是研究许多疾病（包括癌症和艾滋病）背后的生物化学的重要工具。

51、引领国内能源复兴

美国国家实验室的研究为低成本开采的关键技术和方法指明了道路，从而开启了页岩气革命。据估计，1976年至1992年，非常规天然气研发支出为2.2亿美元，仅页岩气每年的经济活动就达1000亿美元。

52. 太空探索

该国家实验室发明了激光诱导击穿光谱（LIBS），这是好奇号火星车分析火星物质的主要仪器。实验室研究人员还发现了正确的材料组合，可以为航天器制造高效的太阳能电池。

53.减少废气排放

国家实验室科学家介绍了低氮氧化物（NOx）燃烧器、烟气脱硫（洗涤器）、流化硫床燃烧等约20项创新技术，清洁煤技术开发项目已进入市场，从根本上控制了电厂有害排放和有利于能源生产和空气质量。

54.风电规模化应用

过去30年来，高效翼型风力发电机效率的提高使风电成本降低了80%以上。这些涡轮机现已部署在全国各地的风电场，它们的存在归功于国家实验室的研究。

55.设计智能窗户

国家实验室的科学家们创造了高度隔热的窗户，可以改变颜色来调节室内温度和照明。如果广泛安装，它们可以节省该国总能源预算的 5%。

56. 部队后勤保障

国家实验室研究人员开发了计算机模型，可以有效管理将部队和装备部署到遥远目的地的复杂后勤工作。

57.集成电路

集成电路的成功归功于国家实验室的一项发现，该发现揭示了如何通过注入带电原子（称为离子）来改变材料。离子通道现已成为工业和科学领域的标准实践。

58. 又大又快的3D打印

由国家实验室和商业公司联合开发的大型增材制造平台可以打印比以前工艺大10倍、速度快200倍的3D组件。到目前为止，该系统已生产出3D打印跑车、SUV、房屋、挖掘机和航空航天零部件。

59. 纯化疫苗

利用核分离技术，国家实验室研究人员开发了用于纯化疫苗的带式离心机，可以减少或消除不需要的副作用。基于本发明的商业离心机可以为数百万人生产疫苗。

60.节能建筑

国家实验室建造了世界上最节能的办公楼之一。该设施作为现场实验室运作，使用的能源比商业法规要求的少 50%，并且仅消耗建筑物内或附近的可再生能源产生的能源。

61. 航空安全

得益于国家实验室开发的技术，恐怖武器、爆炸物、塑料装置和其他秘密工具更容易被发现，该技术现已安装在世界各地的机场。

62.弹性网格

一个国家实验室创造了一种先进的电池，可以存储来自风能和太阳能等间歇性可再生能源的大量能量，为电网提供电力，同时减轻电网临时断电的影响。多家公司已经批准了这项技术并将其作为商业产品提供。

63. 解决柴油困境

国家实验室对催化剂行为的研究为新型“稀薄燃烧”柴油发动机铺平了道路，该发动机符合排放标准，并且比传统发动机的燃油效率高 25%。

64.从空气中收集能量

这是一种微型设备，在国家实验室取得重大突破后，由私营企业商业化生产。它可以通过微小的温度变化产生足够的电力，为水坝、桥梁和管道等偏远地区的无线传感器或射频发射器供电。

65.优化电网

控制家用电器的能源使用（尤其是在高峰时段）可以减少能源需求并避免停电。国家实验室的家用电器控制装置可以感知电网的压力并立即做出响应，关闭机器，减少最终使用需求并保持系统平衡，从而维持电力供应。

66.数字存储技术

音乐、视频和数据存储背后的光学数字记录技术起源于近40年前的国家实验室研究。

67. 核废料处理

为了使冷战时期核废料的处理更加安全，国家实验室科学家开发并部署了一种将其锁在玻璃中的工艺，以防止其渗入环境中。

68. 清理炭疽病

国家实验室的科学家们开发出了一种无毒泡沫，可以中和化学和生物制剂。 2001年，泡沫被用来清理国会办公楼和邮件室，这两个地方都受到炭疽病的侵袭。

69. 消除福岛海水中的辐射

2011年，海啸摧毁了福岛第一核电站，大量海水冷却了反应堆。由国家实验室科学家设计的分子筛被用来从数千万加仑的海水中提取放射性铯。

70. 埃博拉病毒的快速检测

2014年，来自全国各地的研究人员在国家实验室模拟了利比里亚血样运输系统，并为快速诊断患者提出了建议。这减少了测试等待时间并显着减少了埃博拉病毒的传播。

71. 在核武器上安装安全锁

1960年，国家实验室的科学家为美国所有核武器发明了编码机电锁。该开关会阻止撤防信号，直到收到正确的总统授权码。

72. 启动LED照明革命

20 世纪 90 年代，国家实验室的科学家们看到了对节能固态照明的需求，并与业界合作开发白光 LED。如今，白光 LED 的效率约为 30%，甚至可以达到 70% 至 80%。荧光灯的效率约为 20%，而白炽灯的效率仅为 5%。

73.人工光合作用

国家实验室科学家设计合成了多层半导体结构的器件，可以直接将太阳光转化为氢气中的化学能并分解水，效率更高（超过15%）。这种将阳光直接转化为燃料的方法为太阳能在电网之外的使用铺平了道路。

74. 先进融合技术

从第一个聚变试验反应堆到短暂的兆瓦级发电，以及模拟大爆炸在行星、恒星和热武器内部产生的极端条件的世界上最大、能量最高的激光器，到通过燃烧产生工业级等离子体的国际实验聚变能科学与应用相结合，由国家实验室推进。

75. 分子电影

国家实验室科学家利用超快 X 射线捕捉到了第一部分子电影的万亿分之一秒。这些电影详细介绍了分子进行化学反应时的复杂结构。

美国能源部监管的17个国家实验室名单

国家能源技术实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、西北太平洋国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、艾姆斯国家实验室、布鲁克海文国家实验实验室、桑迪亚国家实验室、爱达荷国家实验室、普林斯顿等离子体物理实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、萨凡纳河国家实验室、SLAC 国家加速器实验室、费米国家加速器实验室、国家可再生能源实验室、托马斯·杰斐逊国家实验室加速器实验室。

17个国家实验室标志

17个国家实验室地理分布