反應堆工程研究設計所我國核技術應用發展中的“老兵新傳”

柯國土 呂征

核技術應用作為核工業里的“輕工業”被廣泛應用于社會經濟的各個領域。國際原子能機構（IAEA）在其2009年的核技術評價報告中指出，“核技術是正在為全世界的社會經濟發展作出寶貴貢獻的領域……就其應用的廣度而言，只有現代電子學和信息技術才能與之相提并論。”

據不完全統計，美、日等發達國家的核技術產值占GDP的3%～4%左右，其中美國2010年僅同位素與輻射技術的產值就超過6000億美元。而我國2010年末的核技術應用產值僅為1000億人民幣左右，這既體現了我國核技術應用產業與發達國家的差距之大，又反映了我國市場發展空間之高。面對技術相對落后的挑戰與無限美好的前景，中國原子能科學研究院反應堆工程研究設計所（簡稱“堆工所”）在“十二五”期間充分發揮基礎雄厚、專業齊全的優勢，銳意進取、厚積薄發，在核技術研究與應用中取得了一系列令人矚目的成果，為推動我國核技術產業發展作出了重要貢獻。

CARR應用平臺——雛鳳清于老鳳聲

反應堆是核技術研究與應用的重要平臺，作為我國堆工領域排頭兵的堆工所運營著多座研究型反應堆，是我國核技術應用研究的發祥地。進入21世紀，針對101重水堆和49-2輕水堆老化嚴重、超期服役的問題，堆工所及時啟動了新型先進研究堆的設計與建造工作，于2012年成功建成了我國首個反中子阱型反應堆——中國先進研究堆（CARR）。

CARR是一座安全可靠、高技術性能、多用途的研究堆，核功率60MW，其主要性能指標達到世界前列、亞洲第一的水平。CARR為100%自主設計、建造和調試，在國內研究堆領域首次研制應用了多項新技術，獲國家發明專利37項、實用新型專利32項，擁有完全自主知識產權。作為我國新世紀重要的核科學研究與核技術應用平臺，CARR安裝了26根垂直孔道和9根水平孔道，可同時滿足放射性同位素及中子嬗變單晶硅、寶石、珍珠輻照改色研發、中子散射實驗、中子活化分析、中子照相等核技術研究應用需求，試運行以來陸續開展了輻照生產、中子散射等應用研究，在大幅提升產能和品質的同時極大地拓展了應用領域。其中特別值得一提的是，CARR作為我國最重要的人工放射性同位素生產平臺之一，具備輻照生產近百種放射性同位素的能力，可提供“不是黃金勝似黃金”的各類放射性同位素產品，創造巨大的經濟價值和良好的社會效益。

CARR優異的性能指標也引起了國際核技術業界的高度關注，多家國外研究機構及公司表達了與CARR合作開展核技術研發的意愿，目前已建成中德聯合中子散射實驗室。可以預見，CARR平臺必將在我國乃至世界核技術研究與應用領域里譜寫出新的華彩篇章！

鈷-60國產化——鐵騎突出刀槍鳴

以鈷-60放射源產生的伽馬射線進行輻照加工是核技術最重要的應用之一，已廣泛應用于輻射化工、醫療用品消毒、輻照食品、環境治理和新材料研發等國計民生領域。近10年來，在我國經濟穩定高速增長的大好形勢下，輻照加工行業年均增長率超過15%，預計未來幾年的市場需求將超過目前數倍以上，逐步成長為國家經濟可持續發展和人民生活水平提高的新支點。但是長期以來國內使用的強鈷-60源完全依賴進口，年進口量超過數百萬居里，嚴重制約了行業的健康快速發展。

面對國際壟斷和國內工藝的相對滯后，堆工所迎難而上，在發改委批復的第一批民用非動力核技術高技術產業化專項計劃支持下，聯合中國同位素有限公司、秦山核電等單位開展了鈷-60國產化技術研發工作。2010年建成國內首座鈷-60放射源生產線，配備3個屏蔽能力為10萬居里的熱室和2個貯存能力為1000萬居里的水池，攻克了鈷-60源生產中鈷棒束解體、鈷源封裝、焊接、檢漏、去污和標定等核心技術，成功研制出了CN-101型工業輻照用鈷-60源，首批國產鈷-60放射源于2010年10月成功下線并投放市場，填補了國內空白，一舉扭轉了強鈷源完全依賴進口的被動局面。國產鈷-60放射源安全使用期限超過15年，各項技術指標達到或超過國際同類產品水平。目前年生產能力已達到1400萬居里，滿足國內市場需求的同時也將成為國際市場的“黑馬”，吹響“中國制造”進軍世界鈷-60放射源市場的號角！

中子管研發——小荷才露尖尖角

與連續發射伽馬射線的鈷-60源不同，中子管是一種只有通電才能發射中子的II類射線裝置的核心元器件，其特點是發出的中子是斷續可控的。中子管廣泛應用于石油測井、煤質分析、集裝箱檢測、爆炸物及毒品檢測、核材料和核武器識別及中子照相和輻照養殖等領域，是一種安全、便捷的中子源。由于其所使用材料的特殊性，國內僅兩到三家單位開展過相關的研制工作，但是研制出的中子管均不同程度地存在壽命短、性能不穩定等問題。而從國外進口，一方面價格非常昂貴，另一方面還有可能受到核材料管制的約束。

堆工所在完成國家科研任務的同時，一直非常重視科研成果的孵育和轉化。“十二五”初期，堆工所敏銳地捕捉到了中子管市場的需求，立即自籌資金，組織科研人員開始中子管產品的研制。利用多年處理核材料形成的雄厚技術實力和資源儲備，在短短的兩年內連續攻克了高真空密封、氘氚充裝、焊接與絕緣等關鍵工藝，成功研制出了SNT-DT25和SNT-DT50兩種型號的中子管。這兩型中子管體積小、性能穩定，中子產額可達5×108n/s，壽命大于300小時，技術指標接近國外同類產品，但價格僅為國外產品的1/2左右。中子管研制成功的消息一經報道，立刻引起了國內客戶的高度關注。目前堆工所正在進一步開展工藝優化和產品型譜化工作，力爭在短期內全面滿足國內市場需求，為我國百花齊放的核技術產業再添一朵怒放的奇葩！

醫院中子照射器——映日荷花別樣紅

堆工所于上世紀80年代自主設計建造的微型中子源反應堆（簡稱微堆）是一種安全、高效、簡便與經濟的核分析工具，可供城市醫院、大學及研究機構開展中子活化分析、短壽命同位素生產、儀器儀表考驗和教學培訓。微堆具有良好的固有安全性，僅需一個操縱員即可在2分鐘內啟動反應堆并使之達到滿功率運行，為各種應用提供穩定的中子束流。由于其系統設備簡單可靠、操作方便、壽命長、建造和運行費用低，深受國內外客戶的歡迎，堆工所先后為國內外用戶建造了8座商用微堆，截止目前已經累計安全運行超過150堆年。

本世紀初，中國工程院周永茂院士結合國外核醫學發展動態，根據微堆的優良特性，創造性地提出了將微堆低濃化后建造醫院中子照射器，用于硼中子俘獲治療腫瘤（BNCT）的設想。與傳統的手術和放療相比，該方式在神經膠質瘤等不規則形狀腫瘤的治療方面極具優勢，是近年來國際核醫學研究的熱點。堆工所聯合北京凱佰特科技有限公司、中國中原對外工程有限公司共同合作開發成功國內首座也是國際上唯一一座專門用于硼中子俘獲治療的醫院中子照射器。“十二五”期間，在北京市科委等支持下，完成了動物試驗、治療軟件開發及藥物研制等工作，有望在不久的將來造福人民。目前堆工所仍在周永茂院士指導下開展將醫院中子照射器裝在船上的有關研發和設計工作，該設想與IAEA也進行了多次溝通，期望有朝一日我國的核醫療船開到世界各地，造福世界各國人民！

“不畏浮云遮望眼，只緣身在最高層”，堆工所在開創我國核工業、奠定我國核大國地位的光輝歷程中創造了輝煌的歷史業績，積淀了雄厚技術實力和寶貴的精神財富，成為國內堆工領域的領軍企業。在新時期核技術應用蓬勃發展的大好形勢下，堆工所將繼續秉持以身許國、敢為人先、嚴謹求實的精神，瞄準國際發展前沿，服務國內市場需求，以創新驅動發展，在核技術研究與應用領域中再創輝煌！