Det kan ta en by för att uppfostra ett barn, enligt det gamla ordspråket, men det krävs ett helt team av högutbildade forskare och ingenjörer för att installera och driva en toppmodern, exceptionellt komplex jonmikrosond. Fråga bara Julie Smith, en kärnsäkerhetsforskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Smith är medlem i Nuclear Security Advanced Technologies-gruppen i Ultra-Trace Forensic Science Center, där hon arbetar med ORNL:s nya sekundära jonmasspektrometer i nanoskala, eller NanoSIMS, ett kraftfullt bildinstrument som kommer att användas för att analysera kärnbränslecykelmaterial för DOE och National Nuclear Security Administration.

NanoSIMS särskiljs från andra sekundära jonmasspektrometrar genom deras submikronupplösning, som tillåter forskare att undersöka de rumsliga förhållandena mellan olika element och isotoper ner till 50 nanometer, mindre än en tusendel av bredden på ett genomsnittligt människohår. Denna enorma kraft gör det möjligt för forskare att utföra ultrafina analyser inom områden som biokemi, geovetenskap och avancerade material och få en större förståelse för kemiska interaktioner i nanoskala.

"Det är ganska coolt när du tittar på olika joner fördelade genom ett material, om det är något fast, biologiskt eller geologiskt prov, Smith sa. "Vågen du kan titta på den med är helt fantastisk."

Smith och hennes kollegor befinner sig för närvarande i driftsättnings- och valideringsfasen för instrumentet, som har varit på labbet i mindre än ett år. Det finns ungefär ett dussin NanoSIMS-instrument i USA och bara tre i det nationella laboratoriesystemet. ORNL:s NanoSIMS kommer att vara det enda som primärt är dedikerat till att studera kärnbränslecykeln.

"Jag tror att NanoSIMS kommer att passa ihop med andra tekniker som redan finns tillgängliga här på ORNL, ", sade Smith. "Vi kommer att kunna använda NanoSIMS för att svara på mycket specifika vetenskapliga frågor som kräver upplösning i nanoskala."

Smith var ursprungligen utbildad till geolog och arbetade inom geokronologi, bestämma åldern på klippformationer, och kosmokemi, studerar meteoriter och andra prover från yttre rymden för att förstå historien om solsystemet och galaxen.

Hon använde först ett SIMS-instrument under sitt doktorandarbete, när hon använde tekniken för att datera stenar som är mer än tre miljarder år gamla. Efter att ha avslutat sin examen, hon arbetade för ett antal privata företag och fortsatte att använda SIMS-tekniken på en mängd olika material, från geologiskt och biologiskt material till halvledare och kärntekniska kriminaltekniska prover.

Smith stötte på NanoSIMS för mer än ett decennium sedan när han arbetade på Lawrence Livermore National Laboratory och var tagen av instrumentets förmåga att bryta mikronupplösningsbarriären. När hon upptäckte att ORNL fick ett NanoSIMS, hon hoppade på chansen att komma in på bottenvåningen med en uppdaterad modell som hon aldrig använt tidigare.

"NanoSIMS har alltid varit min favorittyp av SIMS-instrument, " sa hon. "Jag var verkligen exalterad över möjligheten att komma och arbeta med den här gruppen, använd NanoSIMS och sätt upp ett nytt laboratorium."

ORNL passar bra för NanoSIMS, Smith sa, eftersom det har både faciliteter och människor som krävs för att sätta upp och underhålla det unika, känsligt instrument. Det tar normalt mer än två år från det att en beställning görs för att leverera och installera ett NanoSIMS, men tack vare ORNL:s omfattande supportnätverk, schemat snabbades upp kraftigt och halverade den tiden.

"Samarbetet inom ORNL var fantastiskt inom min grupp och över direktoraten, " sa Smith. "Det gjorde saker mycket lättare, eftersom andra människor skulle följa med för att hjälpa till genom att tillhandahålla utrustning, råd eller extra material, så att jag kunde fokusera på vetenskapen i mitt laboratorium."

Som ny på ORNL, Smith var glad över att hitta en samarbetsatmosfär på labbet och att så många andra forskare var villiga att nå ut och skapa en personlig kontakt under installationsprocessen.

"Jag tror att alla här har en riktigt positiv attityd, och det främjar framgång, ", sa hon. "Folk här gillar att se andra människor lyckas lika bra som sig själva."

Smith sa att hon har lärt sig mycket av den mångfald av forskning hon har gjort inom den privata och offentliga sektorn. Hon råder forskare på alla erfarenhetsnivåer att vara anpassningsbara för att använda de tillgängliga resurserna och förbli flexibla om din vetenskapsstrategi. Du kanske brinner för att följa en väg, Hon sa, men du måste vara redo att ta till dig ny information som hjälper dig att gå i en bättre riktning, eftersom några av de mest fascinerande resultaten finns där.

"Jag tycker att det är spännande att inte veta vad som kommer att hända härnäst, ", sade Smith. "Varje dag är annorlunda. Jag tycker att det är riktigt energigivande och det håller mig motiverad."

Smith ser fram emot de nya insikterna som kommer att fås från NanoSIMS när det närmar sig slutet av driftsättningsfasen och förbereder sig för sina första forskningsprojekt senare i år. Instrumentanskaffningen och installationen kom samman som ett resultat av ett team, och Smith förutspår att andra kommer att vilja samarbeta i framtiden för att komplettera sin forskning med NanoSIMS:s analytiska kraft.

"Vetenskaplig prestation är inte bara ett enskilt ögonblick av upptäckt, det är den stegvisa insamlingen av information, " sa hon. "Så en dag, alla siffror går ihop, och du har hittat något nytt och intressant för samhället."

"Genombrott görs för att många människor arbetar med saker och delar information genom publikationer och konferenser, ", sa Smith. "Jag skulle bara vilja inspirera andra att göra bra arbete och dela spänningen med nya upptäckter."