המעבדה הלאומית ברוקהייבן

המעבדה הלאומית ברוקהייבן
Brookhaven National Laboratory
	נוף הקמפוס של מעבדת ברוקהייבן, עם כור הקרינה בעל השטף הגבוה בחזית
אוניברסיטה ציבורית
מוטו	תשוקה לתגליות
השתייכות	מחלקת האנרגיה של ארצות הברית
תקופת הפעילות	1947–הווה (כ־78 שנים)
קמפוס	21 קמ"ר (5,265 אקרים)
בעלי תפקידים
מנהל	JoAnne L. Hewett
באחריות	Brookhaven Science Associates, LLC (שיתוף פעולה בין אוניברסיטת סטוני ברוק וBattelle Memorial Institute)
צוות	כ-2,750 עובדים
מיקום
מיקום	אפטון, מחוז סאפוק, ניו יורק, ארצות הברית
קואורדינטות	40°52′30″N 72°52′37″W / 40.875°N 72.877°W
	https://www.bnl.gov/

המעבדה הלאומית ברוקהייבן (באנגלית: Brookhaven National Laboratory, ובקיצור: BNL) היא מעבדה לאומית של משרד האנרגיה של ארצות הברית, הממוקמת באפטון, עיירה קטנה במחוז סאפוק שבלונג איילנד, ניו יורק. המעבדה נוסדה רשמית בשנת 1947 באתרו של מחנה Camp Upton, שהיה בעבר בסיס צבאי של צבא ארצות הברית.

המעבדה שוכנת כ-60 מייל מזרחית לעיר ניו יורק ומנוהלת כיום בשיתוף פעולה של אוניברסיטת סטוני ברוק והמכון לזיכרון באטל (Battelle Memorial Institute).^[1] מחקרי המעבדה כוללים פיזיקה גרעינית ואנרגיות גבוהות, חקר חומרים וננו-חומרים, ביולוגיה סביבתית ומדעי האקלים, כימיה ואנרגיה, וביטחון לאומי.

הקמפוס, המשתרע על שטח של כ-21.45 קמ"ר, כולל מתקנים מדעיים מרכזיים כגון מאיץ היונים הכבדים היחסותי ומקור האור הסינכרוטרוני הלאומי II. שבעה פרסי נובל הוענקו בעבור מחקרים שנעשו במעבדה זו.

רקע

פעילות המעבדה מפוקחת על ידי משרד האנרגיה האמריקאי. כ-2,750 עובדים קבועים מועסקים בה, ובהם מדענים, מהנדסים, טכנאים ואנשי סיוע, והמעבדה מארחת מדי שנה כ-4,000 חוקרים אורחים. המעבדה מפעילה מערך אבטחה משלה, שירותי כיבוי אש מלאים, ואף אזור מיקוד (ZIP Code) ייחודי – 11973. האתר כולל שלוחה מסילתית תפעולית המחוברת לרשת הרכבות של New York and Atlantic Railway. בנוסף שוכן בו משרד החיזוי של השירות המטאורולוגי הלאומי לאזור ניו יורק.^[2]

תחומי מחקר עיקריים

למרות שהמעבדה נוסדה במקור כמתקן למחקר גרעיני, היקף פעילותה הורחב משמעותית וכיום תחומי המחקר העיקריים בה כוללים:

פיזיקה גרעינית ואנרגיות גבוהות^[3]
כימיה ופיזיקה של חומרים^[4]
מדעי הסביבה והאקלים^[5]
ננו-חומרים
מחקרי אנרגיה
מניעת הפצת נשק גרעיני^[6]
ביולוגיה מבנית
פיזיקה של מאיצים

תפעול

המעבדה הייתה שייכת במקור לוועדה לאנרגיה אטומית של ארצות הברית וכיום היא בבעלות משרד האנרגיה של ארצות הברית. תפעול המחקר והניהול מועברים בחוזה לאוניברסיטאות וארגוני מחקר. כיום היא מנוהלת על ידי Brookhaven Science Associates LLC – שותפות שווה בין אוניברסיטת סטוני ברוק לבין Battelle Memorial Institute. בין השנים 1947 ל־1998 הופעלה המעבדה על ידי Associated Universities, Inc., עד שאיבדה את החוזה בעקבות שני אירועים: שריפה בכור בשנת 1994 שגרמה לחשיפת עובדים לקרינה, ודיווחים ב־1997 על דליפת טריטיום למי התהום באזור Long Island Central Pine Barrens.^[7]^[8]

היסטוריה

ייסוד

לאחר מלחמת העולם השנייה הוקמה הוועדה לאנרגיה אטומית כדי לתמוך במחקר של אנרגיה גרעינית לצרכים אזרחיים. הקמת מתקן גרעיני בצפון־מזרח ארצות הברית קודמה בעיקר על ידי הפיזיקאים איזידור אייזק רבי ונורמן פוסטר רמזי, שחזו כיצד עמיתיהם באוניברסיטת קולומביה עוזבים לאתרים מרוחקים כחלק ממעבר פרויקט מנהטן. במרץ 1946 הוקמה עמותה ללא כוונת רווח בה השתתפו נציגים מתשעה מוסדות מחקר מובילים, בהם: קולומביה, קורנל, הרווארד, ג'ונס הופקינס, MIT, פרינסטון, פנסילבניה, רוצ'סטר וייל.

לאחר בחינה של 17 אתרים לאורך מסדרון בוסטון–וושינגטון נבחר אתר Camp Upton בלונג איילנד בזכות נגישותו ושטחו הרחב. המחנה שימש בעבר כמרכז אימונים צבאי במלחמות העולם ואף שימש כאתר ריכוז לאסירים ממוצא יפני במלחמת העולם השנייה. לאחר סיום המלחמה הוחלט להפוך את המחנה למתקן מחקר.

ב־21 במרץ 1947 הועבר האתר רשמית ממחלקת המלחמה למחלקת האנרגיה האטומית של ארצות הברית – גוף שקדם למחלקת האנרגיה הקיימת כיום.

מחקר ומתקנים

היסטוריה של כורים גרעיניים

בשנת 1947 החלה בנייתו של הכור הגרעיני הראשון בברוקהייבן, ה־Brookhaven Graphite Research Reactor. כור זה, שנפתח בשנת 1950, היה הכור הראשון שנבנה בארצות הברית לאחר מלחמת העולם השנייה. ה־High Flux Beam Reactor פעל בין השנים 1965–1999. בשנת 1959 הקימה המעבדה את הכור האמריקאי הראשון שיועד במיוחד למחקר רפואי – Brookhaven Medical Research Reactor, שפעל עד שנת 2000.^[9]

היסטוריה של מאיצים

ב־1952 החלה המעבדה להשתמש במאיץ החלקיקים הראשון שלה, ה־Cosmotron. באותה עת היה זה המאיץ החזק ביותר בעולם, והראשון שהצליח להאיץ חלקיקים לרמת אנרגיה של מעל 1 GeV. ה־Cosmotron הוצא משימוש ב־1966 לאחר שהוחלף ב־1960 על ידי Alternating Gradient Synchrotron (AGS). מאיץ ה־AGS שימש במחקרים שזיכו בשלושה פרסי נובל, כולל גילוי הניוטרינו מיואוני, הקוורק הקסום ושבירת סימטריית CP.

בשנת 1970 הושק פרויקט ISABELLE להקמת שני מאיצי אגירה מצטלבים של פרוטונים. העבודות החלו באוקטובר 1978, אולם ב־1981, לאחר חפירת המנהרה, נתגלו בעיות עם המגנטים העל־מוליכים שנדרשו למאיץ, והפרויקט נעצר ולבסוף בוטל בשנת 1983.

הNational Synchrotron Light Source פעל בשנים 1982–2014, והיה מעורב בשני מחקרים שזכו בפרסי נובל. כיום הוחלף על ידי National Synchrotron Light Source II.^[10]

לאחר ביטול פרויקט ISABELLE, הציעו מדענים בברוקהייבן לנצל את המנהרה שכבר נחפרה וחלקים ממבנה המגנטים למאיץ חדש. בשנת 1984 הוצעה הקמת המאיץ שכיום נקרא Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). המימון אושר ב־1991, והמאיץ נכנס לפעולה בשנת 2000. RHIC הוא אחד משני הקוליידרים הפועלים בעולם לחקר יוני־כובד (heavy ions), ועד 2010 היה הקוליידר השני בעוצמתו בעולם אחרי ה־LHC של CERN בז'נבה. המאיץ שוכן במנהרה באורך 3.9 ק"מ הנראית מהחלל.^[11]

ב-9 בינואר 2020 הכריז פול דאבר ממשרד האנרגיה האמריקאי כי העיצוב של eRHIC שהוצע על ידי ברוקהייבן נבחר כמתקן העתידי לקוליידר אלקטרון-יון (EIC) בארצות הברית. במקביל, קיבל הפרויקט את אישור CD-0 (הגדרת צורך) מהמשרד. התכנון של eRHIC מבוסס על שדרוג ה־RHIC הקיים והוספת מתקן מאיץ אלקטרונים קוטביים שיפעל באותה מנהרה.

תגליות נוספות

בשנת 1958 יצרו מדעני ברוקהייבן אחד ממשחקי הווידאו הראשונים בעולם – Tennis for Two.^[12]

ב־1967 רשם צוות המעבדה פטנט על טכנולוגיית ריחוף מגנטי (Maglev) לתחבורה.^[13]

ב־2024 גילו מדעני המעבדה גרעין אנטי-חומר חדש מסוגו.^[14]

מתקנים עיקריים

Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) – מתקן לחקר פלזמת קווארקים-גלואונים ומקורות הספין של הפרוטון.
מרכז לחקר ננו-חומרים פונקציונליים – למחקר חומרים בקנה מידה ננומטרי.
National Synchrotron Light Source II – מקור אור סינכרוטרוני חדש שנפתח ב־2015 והחליף את NSLS הישן.
Alternating Gradient Synchrotron – מאיץ חלקיקים שתרם לשלוש זכיות בפרס נובל.
Accelerator Test Facility – מתקן ניסויי ליצירת ובקרת אלומות חלקיקים.
Tandem Van de Graaff – בעבר המאיץ האלקטרוסטטי הגדול בעולם.
מרכז מחשוב עתיר ביצועים – כולל מחשב-על מסדרת Blue Gene, מהחזקים בעולם למחקר מדעי.
בניין המדעים הבין־תחומיים – כולל מעבדות לחקר מוליכים־על בטמפרטורה גבוהה וחומרים חדשניים לאנרגיה.
מעבדת קרינה חללית של נאס"א – לחקר השפעות קרינה קוסמית על ציוד ואסטרונאוטים.

תרומה מחוץ לאתר

המעבדה הלאומית ברוקהייבן היא שותפה תורמת בפרויקט ATLAS, אחד מארבעת הגלאים הראשיים הממוקמים במאיץ ההדרונים הגדול (LHC), הפועל כיום ב־CERN ליד ז'נבה שבשווייץ.^[15]

בנוסף, ברוקהייבן הייתה אחראית לתכנון טבעת האגירה של מקור הנייטרונים בספלאציה (SNS) בשיתוף פעולה עם המתקן באוק רידג', טנסי.

המעבדה מעורבת במגוון מחקרי נייטרינו ברחבי העולם, כולל ניסוי הנייטרינו של כור דאיה ביי בסין וניסוי הנייטרינו התת-קרקעי העמוק במעבדת פרמילאב.^[16]

גישה לציבור

למעט אירועים ציבוריים מאושרים, המעבדה סגורה לציבור הרחב. במהלך יולי מתקיימים "ימי ראשון בקיץ" – אירועים פתוחים הכוללים מופע מדעי, סיורים במתקנים עיקריים ותוכניות מיוחדות. בנוסף, המעבדה מארחת ירידי מדע, תחרויות רובוטיקה ותחרויות ידע מדעי לתלמידים מקומיים, ומארגנת הרצאות, מופעים ומפגשים קהילתיים. מדי שנה משתתפים בתוכניות ההעשרה של המעבדה כ־35,000 תלמידים בוגרי K-12, מעל 200 סטודנטים לתואר ראשון וכ־550 מורים מכל רחבי ארצות הברית.

ניקוי סביבתי

בינואר 1997 דגימות מי תהום שנלקחו בידי צוות המעבדה גילו ריכוזי טריטיום שהיו פי שניים מהתקן הפדרלי המותר למי שתייה. דגימות מאוחרות יותר הגיעו לפי 32 מהתקן. התברר כי הטריטיום דלף מבריכת הדלק המשומש של High Flux Beam Reactor אל שכבת האקוויפר שמספקת מי שתייה לתושבי מחוז סאפוק הסמוך.

החקירה העלתה כי הדליפה נמשכה עד 12 שנה מבלי שהמעבדה או משרד האנרגיה האמריקאי ידעו על כך. כבר ב־1993 דנו מהנדסי ברוקהייבן בצורך בהתקנת בארות ניטור, אך הן הוקמו רק ב־1996. המחדל עורר סערה ציבורית, ותרם לסיום החוזה עם Associated Universities, Inc. במאי 1997.

מנהלי המעבדה קיבלו אחריות על הכישלון לזהות את הדליפה, ומשרד האנרגיה הודה כי פיקוחו לא היה מספק. רשויות הפיקוח המקומיות של משרד האנרגיה, וכן הנהלת המשרד בוושינגטון, לא פיקחו על עמידת המעבדה בהתחייבויותיה הסביבתיות ולא קידמו מערכת ניהול שמבטיחה תיאום בין הגורמים. אחריות לא ברורה בענייני בטיחות, סביבה ובריאות היא בעיה חוזרת בניהול משרד האנרגיה.

מאז 1993 השקיע משרד האנרגיה מעל 580 מיליון דולר בניקוי הקרקע ומי התהום באתר, וביצע פרויקטים גדולים, בהם:

הפירוק והסילוק של Brookhaven Graphite Research Reactor.
פינוי משקעי כספית מזוהמים מנהר פקוניק.
התקנה ותפעול של 16 מערכות טיפול במי תהום, שעד 2016 טיהרו מעל 95 מיליארד ליטר מים.

זמן קצר לאחר זכייתה בחוזה ההפעלה ב־1997 הקימה Brookhaven Science Associates מועצת ייעוץ קהילתית (CAC) לייעוץ למנהל המעבדה בנושאי ניקוי ועניינים קהילתיים. המועצה כוללת נציגים מ־26 גופים – ארגונים עסקיים, חינוכיים, סביבתיים, בריאותיים, אזרחיים ועוד. ה־CAC קובע את סדר יומו באופן עצמאי ומגבש המלצות בהסכמה למנהלי המעבדה.^[17]