Laboratorium Nasional Oak Ridge (bahasa Inggris: Oak Ridge National Laboratory, ORNL) adalah sebuah laboratorium nasional sains dan teknologi multiprogram Amerika yang diurus untuk Departemen Energi Amerika Serikat oleh UT-Battelle. ORNL adalah laboratorium energi dan sains nasional terbesar dalam sistem Departemen Energi menurut luas lahannya^[1] dan biaya tahunannya. ORNL berada di Oak Ridge, Tennessee, dekat Knoxville. Program saintifik ORNL berfokus pada sains material, sains neutron, komputasi tingkat tinggi, energi, biologi sistem dan keamanan nasional.

ORNL bermitra dengan negara bagian Tennessee, universitas dan industri untuk memecahkan tantangan dalam energi, material canggih, manufaktur, keamanan dan fisika.

Laboratorium ini adalah rumah bagi beberapa superkomputer top dunia termasuk superkomputer paling kuat di dunia yang diperingkat oleh TOP500, Summit, dan merupakan fasilitas penelitian ilmu pengetahuan neutron dan energi nuklir terkemuka yang mencakup Sumber Spalasi Neutron dan Reaktor Isotop Fluks Tinggi. ORNL juga menjadi tempat bagi Pusat Ilmu Material Nanofase, Pusat Sains BioEnergy,^[2] dan Konsorsium untuk Simulasi Reaktor Air Ringan Tingkat Lanjut.^[3]

Laboratorium Nasional Oak Ridge dikelola oleh UT – Battelle,^[4] kemitraan terbatas antara Universitas Tennessee dan Battelle Memorial Institute, dibentuk pada tahun 2000 untuk tujuan itu.^[5] Anggaran tahunannya adalah US $1,65 miliar, 80% di antaranya dari Departemen Energi sedangkan sisanya dari berbagai sumber yang membayar untuk penggunaan fasilitas.^[6] Pada 2012 ada 4.400 staf yang bekerja di ORNL, 1.600 di antaranya secara langsung melakukan penelitian dan terdapat 3.000 peneliti tamu tambahan setiap tahun.^[7]

Ada lima kampus di wilayah Oak Ridge Departemen Energi: Laboratorium Nasional, Kompleks Keamanan Nasional Y-12, Taman Teknologi Tennessee Timur (sebelumnya Oak Ridge Gaseous Diffusion Plant), Institut Oak Ridge untuk Sains dan Pendidikan, dan Taman Sains dan Teknologi Oak Ridge yang sedang berkembang, meskipun empat dari fasilitas tersebut tidak terkait dengan Laboratorium Nasional.^[8][9] Total areanya adalah 150 kilometer persegi (58 sq mi) sementara lahan khusus untuk lab memiliki luas 18 kilometer persegi (7 sq mi).^[6][10]

Kota Oak Ridge didirikan oleh Army Corps of Engineers sebagai bagian dari Clinton Engineer Works pada tahun 1942 di lahan pertanian terpencil sebagai bagian dari Proyek Manhattan.^[11] Selama perang, penelitian lanjutan untuk pemerintah dikelola di lokasi tersebut oleh Laboratorium Metalurgi Universitas University of Chicago.^[12] Pada tahun 1943, pembangunan "Laboratorium Clinton" selesai, kemudian berganti nama menjadi "Laboratorium Nasional Oak Ridge".^[11] Situs ini dipilih untuk Reaktor Grafit X-10, yang digunakan untuk menunjukkan bahwa plutonium dapat dibuat dari uranium yang diperkaya. Enrico Fermi dan rekan-rekannya mengembangkan reaktor nuklir mandiri kedua di dunia setelah percobaan Fermi sebelumnya, Chicago Pile-1. X-10 adalah reaktor pertama yang dirancang untuk operasi kontinu.^[13] Setelah berakhirnya Perang Dunia II, permintaan akan plutonium tingkat senjata menurun dan reaktor serta 1.000 karyawan laboratoriumnya tidak lagi terlibat dalam pembuatansenjata nuklir.^[11][14] Sebaliknya, lab itu digunakan untuk penelitian ilmiah.^[13] Pada tahun 1946 isotop medis pertama diproduksi di reaktor X-10, dan pada tahun 1950 hampir 20.000 sampel telah dikirim ke berbagai rumah sakit.^[13][14] Karena permintaan untuk ilmu militer telah menurun secara dramatis, masa depan lab menjadi tidak pasti. Manajemen laboratorium dikontrak oleh pemerintah AS untuk Monsanto. Namun, mereka mundur pada tahun 1947.^[14] University of Chicago kembali memikul tanggung jawab, sampai pada Desember 1947, ketika Union Carbide dan Carbon Co., yang sudah mengoperasikan dua fasilitas lain di Oak Ridge, mengambil kendali laboratorium. Alvin Weinberg diangkat sebagai Direktur Penelitian ORNL dan pada tahun 1955 menjadi Direktur Laboratorium.^[14][15]

Pada tahun 1950 Sekolah Teknologi Reaktor Oak Ridge didirikan dengan dua program dalam operasi dan keselamatan reaktor, hampir 1.000 siswa lulus dari program-program tersebut.^[16] Banyak penelitian yang dilakukan di ORNL pada tahun 1950-an berkaitan dengan reaktor nuklir sebagai bentuk produksi energi, baik untuk tenaga penggerak maupun listrik. Lebih banyak reaktor yang dibangun pada era 1950-an daripada jumlah gabungan reaktor yang dibangun pada era setelahnya hingga kini.^[16] Proyek lainnya adalah reaktor air ringan pertama di dunia. Dengan prinsip moderasi neutron dan pendinginan bahan bakar dengan air biasa, reaktor itu adalah pendahulu langsung sebagian besar stasiun tenaga nuklir modern. Militer AS mendanai sebagian besar pengembangannya, untuk kapal selam bertenaga nuklir dan kapal-kapal Angkatan Laut AS.^[17]

Angkatan Darat AS mengontrak reaktor nuklir portabel pada tahun 1953 untuk pembangkit listrik dan panas di pangkalan militer terpencil.^[18] Reaktor tersebut dirancang di ORNL, diproduksi oleh American Locomotive Company dan digunakan di Greenland, Zona Kanal Panama, dan Antartika.^[19] Angkatan Udara Amerika Serikat (USAF) juga menyumbangkan dana untuk tiga reaktor, komputer pertama laboratorium, dan akselerator partikel pertamanya.^[19] ORNL merancang dan menguji pesawat bertenaga nuklir pada tahun 1954 sebagai pembuktian konsep untuk armada pengebom jarak jauh USAF yang diusulkan, meskipun tidak pernah terbang.^[18][19]

Produksi radionuklida oleh X-10 untuk obat bertumbuh dengan baik pada 1950-an dengan lebih banyak isotop yang tersedia sebagai pilihan. ORNL adalah satu-satunya sumber californium-252 di Barat.^[20] Ilmuwan ORNL menurunkan sistem kekebalan tikus dan melakukan transplantasi sumsum tulang pertama yang berhasil di dunia.^[20] Pada awal 1960-an ada dorongan besar di ORNL untuk mengembangkan pabrik desalinasi bertenaga nuklir, di mana gurun bertemu laut, untuk menyediakan air. Proyek tersebut, yang disebut Water for Peace, didukung oleh John F. Kennedy dan Lyndon B. Johnson, dan dipresentasikan pada konferensi Perserikatan Bangsa-Bangsa tahun 1964, tetapi peningkatan biaya konstruksi dan menurunnya kepercayaan masyarakat terhadap tenaga nuklir menyebabkan rencana itu gagal.^[18][21] Reaktor Riset Fisika Kesehatan yang dibangun pada tahun 1962 digunakan untuk eksperimen paparan radiasi yang mengarah pada batas dosis dan dosimeter yang lebih akurat dan meningkatkan perlindungan terhadap radiasi.^[21]

Pada tahun 1964 Molten-Salt Reactor Experiment dimulai dengan pembangunan reaktor. Ini dioperasikan dari tahun 1966 hingga 1969 (dengan waktu enam bulan untuk beralih dari bahan bakar U-235 ke bahan bakar U-233), dan membuktikan kelayakan reaktor garam cair, sementara menghasilkan bahan bakar untuk reaktor lain sebagai produk sampingan dari reaksinya sendiri.^[22] Reaktor Isotop Fluks Tinggi yang dibangun pada tahun 1965 memiliki fluks neutron tertinggi dari semua reaktor yang ada di dunia pada saat itu.^[23] Performanya ditingkatkan pada pembangunan reaktor X-10, menghasilkan lebih banyak isotop medis, serta memungkinkan penelitian material yang lebih jitu.^[23] Pada akhir 1960-an, pemotongan dana menyebabkan pembatalan rencana pembuatan akselerator partikel lain, dan Komisi Energi Atom Amerika Serikat memotong program reaktor pembiak sebanyak dua pertiga, yang mengarah pada pengurangan staf dari 5.000 menjadi 3.800.^[24]

Para peneliti di Divisi Biologi mempelajari efek bahan kimia pada tikus, termasuk asap bensin, pestisida, dan tembakau.^[25]

ORNL melakukan kegiatan penelitian dan pengembangan yang menjangkau berbagai disiplin ilmu. Banyak lingkup penelitian memiliki tumpang tindih antara satu dengan yang lain. Setiap peneliti sering kali bekerja pada dua atau lebih bidang yang tercantum di sini. Lingkup penelitian utama laboratorium ini dijelaskan secara singkat di bawah ini.

• Ilmu kimia - ORNL melakukan penelitian fundamental dan terapan di sejumlah bidang, termasuk katalisis, ilmu permukaan, dan kimia permukaan; transformasi molekul dan kimia bahan bakar; kimia unsur berat dan karakterisasi bahan radioaktif; kimia larutan dan geokimia; spektrometri massa dan spektroskopi laser; kimia pemisahan; kimia material termasuk sintesis dan karakterisasi polimer dan bahan lunak lainnya; biosains kimia; dan ilmu neutron.
• Mikroskopi elektron - Program mikroskop elektron ORNL menyelidiki masalah utama dalam materi terkondensasi, material, kimia, dan nanosains.
• Kedokteran nuklir - Penelitian kedokteran nuklir laboratorium difokuskan pada pengembangan peningkatan metode produksi dan pemrosesan reaktor untuk menyediakan radioisotop medis, pengembangan sistem generator radionuklida baru, desain dan evaluasi radiofarmasi baru untuk aplikasi dalam kedokteran nuklir dan onkologi.
• Fisika - Penelitian fisika di ORNL difokuskan terutama pada studi tentang sifat-sifat dasar materi di tingkat atom, nuklir, dan subnuklir dan pengembangan perangkat eksperimental untuk mendukung studi ini.
• Populasi - ORNL memberikan kepada organisasi federal, negara bagian, dan internasional basis data populasi berkotak, yang disebut Landscan,^[26] untuk memperkirakan populasi suatu wilayah. LandScan adalah gambar raster atau kisi dari jumlah populasi yang memberikan perkiraan populasi manusia untuk setiap 30 x 30 detik busur, yang diterjemahkan secara kasar menjadi perkiraan populasi untuk 1 kilometer persegi sel kisi di ekuator, dengan lebar sel berkurang pada garis lintang yang lebih tinggi.^[27] Meskipun banyak dataset populasi ada, LandScan adalah dataset populasi spasial terbaik, yang juga mencakup seluruh dunia. Datanya diperbarui setiap tahun (walaupun rilis data umumnya terlambat satu tahun dari waktu nyata), menawarkan nilai populasi yang terus-menerus diperbarui berdasarkan informasi terbaru. Data Landscan dapat diakses melalui aplikasi GIS dan aplikasi domain publik USAID yang disebut Population Explorer.^[28]

Laboratorium ini memiliki sejarah panjang dalam penelitian energi. Percobaan reaktor nuklir telah dilakukan sejak akhir Perang Dunia II pada tahun 1945. Karena ketersediaan reaktor dan sumber daya komputasi kinerja tinggi, ada penekanan pada peningkatan efisiensi reaktor nuklir.^[29][30] Program-program ini mengembangkan material yang lebih efisien, simulasi yang lebih akurat dari inti reaktor yang menua, sensor dan kontrol, serta prosedur keselamatan bagi pihak berwenang.^[30]

Program Teknologi Kelistrikan dan Efisiensi Energi (EEETP) bertujuan untuk meningkatkan kualitas udara di AS dan mengurangi ketergantungan pada pasokan minyak asing.^[31] Ada tiga bidang utama penelitian: listrik, manufaktur, dan mobilitas. Divisi listrik berfokus pada pengurangan konsumsi listrik dan menemukan sumber alternatif untuk produksi. Bangunan, yang menyumbang 39% dari konsumsi listrik AS pada 2012, adalah bidang utama penelitian karena program ini bertujuan untuk menciptakan rumah yang terjangkau netral karbon pada tahun 2020.^[32] Penelitian juga terjadi pada panel surya efisiensi tinggi, listrik panas bumi dan pemanas, generator angin berbiaya lebih rendah dan kelayakan ekonomi dan lingkungan dari pembangkit listrik tenaga air yang potensial.^[33][34][35]

Fusi nuklir adalah bidang lain dengan sejarah penelitian di ORNL, yang bermula pada tahun 1970-an. Divisi Energi Fusi mengejar tujuan jangka pendek untuk mengembangkan komponen seperti superkonduktor suhu tinggi, injektor pelet hidrogen berkecepatan tinggi, dan material yang cocok untuk penelitian fusi di masa depan.^[36][37] Banyak penelitian tentang perilaku dan pemeliharaan plasma berlangsung di Divisi Energi Fusi untuk lebih memahami fisika plasma, area penting untuk mengembangkan pembangkit listrik fusi.^[36][37] Kantor ITER AS berada di ORNL dengan mitra di Laboratorium Fisika Plasma Princeton dan Laboratorium Nasional Savannah River.^[38] Kontribusi AS untuk proyek ITER adalah 9,1% yang diperkirakan senilai lebih dari US $1,6 miliar.^[39][40]

Penelitian biologi Laboratorium Nasional Oak Ridge mencakup genomik, biologi komputasi, biologi struktural, dan bioinformatika.^[41] Program BioEnergy bertujuan untuk meningkatkan efisiensi semua tahapan proses biofuel untuk meningkatkan keamanan energi Amerika Serikat.^[42] Program ini bertujuan untuk melakukan perbaikan genetik pada potensi biomassa yang digunakan,^[43] merumuskan metode untuk kilang pemurnian yang dapat menerima beragam bahan bakar dan untuk meningkatkan efisiensi pengiriman energi baik untuk pembangkit listrik dan pengguna akhir.^[44][45]

Pusat Biofisika Molekuler melakukan penelitian tentang perilaku molekul biologis dalam berbagai kondisi. Pusat ini menyelenggarakan proyek-proyek yang meneliti dinding sel untuk produksi biofuel,^[46] menggunakan hamburan neutron untuk menganalisis lipatan protein dan mensimulasikan efek katalisis pada skala konvensional dan kuantum.^[47][48]

• Museum Sains dan Energi Amerika
• Laboratorium Nasional Brookhaven
• Pusat Ilmu Material Nanofase
• K-25 Fasilitas Difusi Gas
• Karl Z. Morgan
• Laboratorium Nasional Los Alamos
• Pusat Penelitian Transportasi Nasional
• Laboratorium Nasional Sandia
• Sumber Spalasi Neutron
• Aliansi Energi Thorium
• Departemen Energi Nasional, Laboratorium Nasional dan Pusat Teknologi
• Kompleks Keamanan Nasional Y-12

• Lindsey A. Freeman, Longing for the Bomb: Oak Ridge and Atomic Nostalgia. Chapel Hill, NC: University of North Carolina Press, 2015.