中國核技術應用發展現狀與趨勢

杜靜玲，趙志祥，劉文平，王國寶，彭 偉，陳殿華，王傳楨

(1.中國原子能科學研究院，北京 102413；2.山東藍孚高能物理技術股份有限公司，山東 濟南 250101；3.中國同位素與輻射行業協會，北京 100045；4.北京三強核力輻射工程技術有限公司，北京 100037)

除了眾所周知的核武器與核電，核工業領域還有應用廣泛的輕工業，即非動力核技術應用(簡稱“核技術”)。國際原子能機構(IAEA)曾在報告中指出：“就應用的廣度而言，只有現代電子學和信息技術才能與同位素及輻射技術相提并論。”其中同位素與輻射技術即為核技術。核技術應用的發展深刻影響著世界各國的科技進步、經濟發展和人民健康，成為世界大國必爭的戰略制高點和優先發展的重要方向。美日等發達國家將“動力應用”與“非動力應用”視作核技術應用的兩個方面，并認為它就像車的“兩個輪子，不可偏廢”，西方發達國家核技術的產值甚至遠超核電，占到國家總產值的2%～4%。

近年來，我國核技術應用產業逐漸受到政府的重視，上升為政府重點支持的戰略性新興產業，發展速度很快，年產值已突破4000億元人民幣，年增長率保持在20%左右，形成了具有一定規模和水平、較為完整的體系，并已廣泛應用在工業、農業、醫療、環保、國家安全等國民經濟領域，取得了良好的社會經濟效益，成為當前國防建設與國民經濟發展不可或缺的重要領域。但相比于發達國家，我國核技術應用產業的產值在國民經濟中占比例僅為4‰，還很低。因此，有必要調研我國核技術應用產業發展的最新情況，了解和強化優勢領域，進一步推動我國核技術產業向標準化、集約化與國際化發展，將我國核技術應用打造成為核技術“走出去”的另一張“國家名片”。

1 我國核技術應用發展現狀

1.1 概況

我國核技術應用起步于上世紀50年代，歷經了科研開發的起步階段、應用開發的產業化階段以及快速發展三大歷史階段，現已步入高速發展期。2002—2015年核技術應用產值示于圖1，截至2016年12月底，我國已有400多家單位直接從事核技術應用研發與生產，相關應用單位數千家，核技術應用年產值超過4000億[1]，是2010年的3倍，年增長率保持在20%左右，為全社會提供近10萬個就業崗位，在提高人民生活水平、促進社會經濟發展中發揮了不可替代的重要作用。

圖1 2002—2015年核技術應用年產值增長情況Fig.1 Annual output value of ANT in China in 2002—2015

與工業化發展階段相適應，我國核技術的應用領域不斷拓展，廣泛應用于工業、農業、醫學、環保等領域，并已在輻照材料改性、輻照加工服務、輻射技術裝備、公眾健康、公共安全、環境保護等方面形成一定的產業規模(圖2)。

圖2 中國核技術應用2016年各應用領域產值分布情況Fig.2 Outputs of different industries of ANT in China,2016

隨著產業規模不斷擴大和國家重視程度的加深，相關產品的性能和技術水平提升很快，得到國際同行越來越廣泛的認可，電子輻照加速器、鈷-60放射源及其輻照裝置、大型集裝箱檢測系統等許多產品已走出國門，銷往東南亞，乃至歐美。

1.2 核技術應用技術與裝置發展現狀

1.2.1電子輻照加速器技術與裝置發展迅速

我國的電子輻照加速器技術起步于上世紀60年代，取得了長足的進步。電子輻照加速器裝置數量增長迅猛，已具備相當規模，并以優異的性價比贏得歐美等國際市場的青睞。

1) 電子輻照加速器技術研發取得長足進步

我國電子輻照加速器主要研制單位有10多家，成功研發了不同類型、多能量段的加速器數十種，基本滿足國內需求。

工業用電子輻照加速器的研發和生產以1～5 MeV的中能輻照電子加速器為主。其中，高頻高壓(地那米)型加速器為主要產品，近期研制成功的5.0 MeV/30 mA電子輻照加速器，能量和束流不穩定度小于3%；在3.0～5.0 MeV 能量下掃描不均勻度小于10%，標志著我國已全面掌握了高頻高壓型加速器的核心技術。

能量大于5 MeV的我國高能輻照電子直線加速器技術也取得了突破性進展。“S波段10 MeV/20 kW 電子直線加速器”和“L波段10 MeV/40 kW工業輻照電子加速器[2]”在2011年和2013年相繼研發成功，為我國輻射材料改性、新材料研發、環境保護等領域的發展提供了更為有效的工具。

2) 電子輻照加速器數量增長迅猛

專業化、規模化的電子輻照加速器生產基地初具規模，裝備數量迅猛增長(表1)。如圖3所示，我國加速器數量從2008年底的140臺/套發展到現有的500余臺/套，占全球電子輻照加速器總量2 000臺的近1/4，總功率超過3.5萬kW，占全球總功率8.0萬kW的43.8%，年增長率在20%以上[3]。國產加速器的國內市場占有率達到80%以上。中廣核核技術發展股份有限公司(簡稱中廣核技)和無錫愛邦輻射技術有限公司(簡稱無錫愛邦)作為我國電子輻照加速器的龍頭企業，2011—2015年的年產量之和均在30臺以上。

表1 我國現有電子輻照加速器及科研生產單位Table 1 China’s current researchers and producers of electron beam accelerators

3) 國產電子輻照加速器具備國際供貨能力

國產電子輻照加速器性能得到國際認可，部分產品出口海外，其中最具代表性的是中廣核技，旗下中廣核中科海維科技發展有限公司(簡稱中科海維)和中廣核達勝加速器技術有限公司(簡稱中廣核達勝)的加速器產品已出口海外18臺，銷往日本、韓國、印度、印尼、泰國、巴基斯坦等國，并于2016年2月成功進入美國市場。另一龍頭企業無錫愛邦的產品也遠銷韓國、印度、土耳其、俄羅斯、印度尼西亞等國。

1.2.2γ射線源及其集成裝置實現出口

以鈷-60源國產化為標志，我國放射源生產技術有了實質性提高。與此同時，γ輻照裝置設計建造能力大幅度提升，國產γ輻照裝置不僅可滿足國內需求，還具備國際供貨能力，先后出口泰國、越南和馬來西亞等國。

圖3 我國電子加速器的發展歷程Fig.3 Development of electronic accelerator for irradiation in China

1) 鈷-60源成功實現國產化

2010年，中國同輻股份有限公司(簡稱同輻公司)成功掌握了完全自主知識產權的萬居里級鈷-60源生產技術，形成了年產600萬Ci60Co輻照源的能力，產品的各項技術指標和質量水平達到甚至超過了國外同類產品水平，可滿足我國約75%的市場需求；據統計，2016年，國產鈷源實現銷售收入1.4億，同輻公司一舉躍升為全球第三大工業鈷源供應商，不僅占據了我國市場，還出口至巴基斯坦等國。

在醫用鈷-60源開發方面，重水堆大批量生產醫用60Co于2017年3月獲批，首批成品預計2019年上市，屆時國產伽馬刀將擁有“中國心”。

2) γ輻照裝置設計建造能力大幅度提升

圖4 中國γ輻照裝置的發展歷程圖Fig.4 Development of γ Irradiation Facility

國產γ輻照裝置近10年來數量增長迅猛(圖4)，到2015年底，設計裝源能力為30萬Ci以上的鈷源輻照裝置130多臺，占全球總量300臺的40%以上，除了2臺是進口裝置之外，其余均為國產。國產最大設計裝源能力600萬Ci。總設計裝源能力超過1.7億Ci，實際裝源量約7000萬Ci，占全球的23%[3]。與2003年相比，裝源量增長5倍多，主要用于食品輻照、中藥輻照和醫療器械的輻照消毒滅菌以及部分材料改性。

1.2.3放射性同位素制備技術取得新進展

我國放射性同位素制備技術在過去10多年取得多項新進展，已具備幾乎所有醫用放射性同位素的制備能力。掌握了百萬居里級60Co同位素技術，具備了產業化的生產能力；建成了十居里級制備碘-125的間歇循環回路和居里級碘-123氣體靶制備系統；建成高濃鈾制備裂變同位素99Mo的平臺，具備了醫用同位素99Mo-99mTc的規模化生產能力，產品質量與國際接軌，銷售額超億元人民幣；形成了177Lu、64Cu和68Ge以及211At的批量生產能力。

1.3 核技術應用產業發展現狀

我國核技術應用已廣泛地應用于工業、農業、醫療、環保、國家安全等國民經濟各個領域，在材料改性、醫療保健產品滅菌、工業無損檢測、輻射育種、食品與農產品輻射加工、核醫學、公共安全等領域形成了一定產業規模。

1.3.1工業應用

核技術應用在工業中的應用發展較快，尤其是在輻射加工、射線工業CT無損檢測等領域。

1) 輻射加工產業規模迅速增長

截至2015年底，我國輻射加工產業產值規模已達到1000多億，年增長率保持在15%左右。輻照材料改性、醫療衛生用品輻照滅菌等輻射加工服務以及輻射技術裝備領域實現了產業化發展，產業規模分別達到500億、400億和100億人民幣，數據列于表2[3]。

表2 輻射加工產業分布情況Table 2 China’s radiation processing industry

2) 工業無損檢測水平大幅提高

我國工業無損檢測裝置近年來的發展成果以工業CT為代表，整體技術水平大幅度提高，應用日益廣泛。

在高能X射線工業CT檢測方面，我國已能完全自主開發和生產2～15MeV的工業CT/DR系統，形成了以同方威視、重慶大學等多家單位為技術核心的工業CT系統開發和制造企業。中國工程物理研究院的6 MeV高能CT檢測系統，空間分辨率可達2.0 Lp/mm，密度分辨率0.8%；同方威視高能工業CT，主要技術指標：射線能量2～15MeV，密度分辨率0.3%～1%，空間分辨率1～2.5Lp/mm。

在低能X射線工業CT檢測方面，中國工程物理研究院450kV雙源雙探測器工業CT系統在常規CT模式下，空間分辨率達到3.0Lp/mm，密度分辨率達到0.8%。在顯微CT模式下，最大放大比可達400倍，細節分辨力為1μm；重慶大學CD系列低能工業CT系統具有檢測精度高、檢測速度快等特點，射線源能量20～450kV，空間分辨率1～3.0Lp/mm，密度分辨率優于0.2%。

1.3.2農業應用

經過近60年的發展，核農學已廣泛應用于植物輻射誘變育種、農產品輻射加工、農業核素示蹤、昆蟲輻射不育等領域，對我國農業生產發展和農業科學技術進步產生了深刻的影響，已經成為改造、革新傳統農業和促進農業現代化的重要科學技術。

1) 輻射育種取得顯著成績

我國在糧食作物輻射誘變育種方面取得了顯著成績，在45種植物上育成800多個突變品種，占世界輻射誘變育成品種的26%，成為名符其實的核農學大國。在全國作物耕種面積中，輻射誘變育成的品種占到二成。調研顯示，我國育成的突變品種最高年種植面積在1.3億畝以上，每年為國家增產糧食35～40億公斤。輻射誘變育成的油料作物每年產量10多億公斤，年產值約為100～120億元。

2) 農產品、食品輻射加工量占全球一半

我國農產品、食品輻照的基礎研究、輻照品種、輻照數量、法規體系建設和產業化應用等方面取得了多項新進展，已在抑制農產品發芽、殺蟲、防霉以及保障農產品食用安全性等方面，發揮出了重要和不可替代的作用[5]。根據相關統計，2015年輻照量超過40萬噸，占全球總量70萬噸的一半以上，年產值超過180億元。但目前我國輻照農產品年加工量僅為農產品總量的萬分之一，加工潛力頗大。

1.3.3醫學領域應用

1) 國產醫療設備取得新突破

(1) 醫用直線加速器增幅明顯

我國醫用直線加速器增幅較大，從1986年的71臺到2015年的1931臺[3]，增長26倍，2006年以來數量翻了一翻(圖5)。在醫用加速器研制生產上發展迅猛，能力比較全面，相關廠家15家，不僅能夠開發所有醫用能量檔的電子直線加速器，在磁控管和新加速器研制上也取得了明顯的進步。可穩定運行在2.8MW的磁控管比同型號國際產品功率更高；X波段醫用加速管和6MV/0.7MV的同源雙束加速器也已面世。

圖5 1986—2015年我國醫用直線加速器數量增長情況Fig.5 Growth of medical linacs between in 1986—2015

(2) 質子和重離子治療加速器取得重要進展

質子和重離子治療技術取得重要進展，強流質子回旋加速器等指標和性能優越，使我國成為少數擁有新一代放射性核束加速器的國家，是我國醫療發展特別是腫瘤治療水平的重要標志。繼重離子束輻射癌癥治療2006年12月進入臨床研究階段并收到顯著療效后，我國已成為國際上第4個有能力進行重離子治癌臨床研究的國家。在質子治療方面，我國已經掌握了回旋加速器核心技術，研發出了具有自主知識產權的100MeV回旋加速器，生產出了正電子發射斷層成像術(PET)醫用回旋加速器樣機，并將實現產業化；230 MeV質子治療專用加速器已完成關鍵技術研發，進入整機研制階段，預計兩年內可具備應用條件。

(3) 國產醫學影像診斷設備得到國際同行認可

國產醫學影像診斷設備近幾年異軍突起，上海聯影醫療科技有限公司(簡稱上海聯影)生產的醫學影像診斷新品——112環數字光導PET-CT、動態多極3.0T MR、實時多維全息mrCT，得到國際同行認可。112環數字光導PET-CT以其高靈敏度、高分辨率、大軸向視野，使得用藥量比傳統產品減少一半，檢查時間縮短一半以上。112環數字光導PET-CT與將要推出的一體式全數字PET-MR作為無創傷性高性能影像診斷設備，可提供詳盡的功能與代謝等分子層面信息，有望將精準診斷推向全新的高度[6]。

上海聯影以其卓越的研發能力贏得美國頂尖分子影像團隊“探索者”聯盟的青睞，其近期將攜手聯影，打造世界首臺全景掃描PET-CT“探索者”，以40倍于傳統PET設備的靈敏度與顛覆性的實時全身動態掃描技術呈現人體內所有器官的動態代謝過程。

圖書管理員是圖書館的重要組成部分，圖書館的任何發展都離不開圖書管理員的工作支持，圖書管理員日常的基本工作職責就是收集、整理、保存圖書館的書籍資料[9]。醫院圖書館為更好的開展繼續醫學教育，圖書管理員的工作職業也有了一定的改變，除了以前的單機式歸納整理書籍外，還需要對書籍資料的潛在價值進行開發利用，以便書籍資料能夠及時被醫務人員閱讀、學習。隨著當今社會的網絡信息技術發達程度不斷升高，大量信息充斥網絡世界，圖書管理員便需要從中收集有用的資料進行整理然后發揮其用途，這也是新時代管理員需要履行的職業責任[10]。

(4) 國產放療設備治療率大幅提高

國產放療設備，包括醫用加速器以及一些放療輔助設備均取得重大進展。例如，上海聯影自主研發的CT影像引導直線加速器(uRT-linac 506c)首次采用了CT-Linac一體化技術，直線加速器機架后集成了一臺16排診斷CT，達到了放療呼吸門控(respiration-gated radiotherapy,IGRT)高清化和低劑量化，提高了臨床精度。506c內置自主研發的120片多葉準直器配合駐波加速管，治療束能量6MeV，劑量率達到1400MU/min，治療效率大幅提高。

一些放療輔助設備，如CT模擬定位機、三維遠/近治療計劃系統、X-刀和后裝治療機等放療設備研發進展順利，攻克了一大批關鍵技術，取得了一批具有自主知識產權和重要市場應用價值的成果。如蘇州雷泰醫療科技有限公司生產的基于等中心下2 mm薄葉片的電動多葉準直器系統(MLC)，基于154μm分辨率的a-Si高能影像引導系統(MVIGRT)和基于GPU加速的Monte Carlo放療計劃系統(TPS)等產品已遠銷美國、歐洲、亞洲和拉丁美洲等數十個國家和地區。

2) 醫學領域應用全面拓展

我國核醫學顯像診斷和治療技術發展迅速，全面拓展，形成了完整的臨床應用體系。根據相關統計，截至2015年12月31日，全國單光子發射計算機斷層成像術(SPECT)和符合線路SPECT數量超過600臺，PET和PET/CT 258臺，核醫學顯像診210萬人次/年，診斷費用近50億元[7]。

在核醫學治療方面，我國的腫瘤治療機構在過去的30年里大幅增長，從1986年264家增長到2015年的1413家，增長情況示于圖6[3]。我國放療市場由2008年的58.3億元增長至2015年的269億元，年復合增速為24.42%，且放療市場增長呈現加速跡象。

圖6 1986—2015年我國放射治療單位增長情況Fig.6 Growth of Chinese medical institutions engaging in radiotherapy in 1986—2015

1.3.4公眾安全應用

在公眾安全領域，X射線、γ射線、中子等探測技術已廣泛地應用于航空、鐵路、海運、公路等邊境口岸的客運和貨運安全檢查中。近年來發展起來的核磁共振、核四極共振和宇宙線μ子散射等“指紋式”高精度檢測技術應用前景也十分看好。大型集裝箱/車輛檢查系統等安檢設備贏得了良好的國際聲譽。

1) 大型集裝箱/車輛檢查系統享譽海外

大型集裝箱/車輛檢查系統是核技術應用在公眾安全領域最成功的應用。代表性企業同方威視的大型集裝箱檢測系統采用先進的X射線成像或快中子/交替雙能X射線成像技術，具有強大的物質識別能力以及優質的掃描圖像(圖7)，連續4年占據國際市場份額第一位，2015年國際市場占有率達到31.6%。該系統多次參與世界重要活動，服務于首腦峰會、奧運會、世博會、博鰲亞洲論壇年會等多項國際重大活動的安保工作，裝備到全球140多個國家的海關和邊防口岸。

2) 國產CT型行李/物品檢查系統實現自動報警

國產CT型行李/物品檢查系統(圖8)融合了雙能材料識別技術和螺旋CT掃描技術等尖端科技，可分別獲取彩色高清三維圖像、切片圖像和透視圖像，探測固體爆炸物/液體爆炸物/毒品/檢疫性違禁品等多種類型的違禁品，實現自動報警，檢出率更高，誤報率更低。

1.3.5環保及其他領域應用

除了在醫學、工業、農業和公眾安全領域的廣泛應用，近年來核技術應用在環保領域的應用也在逐步拓展，已經應用到環境污染監測和三廢處理中。我國第一個電子束輻射處理煙氣廢氣示范工程建于成都；利用電子加速器處理工業廢水步入產業化的初級階段，最新研制的5000m3/d的印染廢水深度處理示范裝置已在浙江投入試運行，可使廢水的化學需氧量(COD)從200mg/L降至60mg/L以下，出水色度低于10倍，處理費用2.45元/m3，出水水質滿足當地直排標準。

圖7 高能雙能圖像示例Fig.7 A high-definition image produced by a system of Nuctech

圖8 雙能螺旋CT技術帶來高清晰的彩色三維圖像、切片圖像和透視圖像Fig.8 Colorized high-definition 3-D image,slice image and perspective image provided by dual energy spiral CT

此外，核技術應用在霧霾溯源、考古、法證學等領域的應用也取得了突出進步。

2 我國核技術應用發展趨勢

2.1 政府持續推進為產業健康發展護航

我國政府近期出臺了多項促進核技術應用發展的政策和法規，持續推進我國核技術應用的健康發展。

國家原子能機構積極推進《原子能法》和《核安全法》的立法工作，為核技術應用產業發展提供法律保障。

2015年，國家“十三五”規劃將核技術應用納入加強前瞻布局的戰略性新興產業。在國務院隨后印發的《“十三五”國家戰略新興產業發展規劃》[8]中，提出超前布局戰略性產業，在核技術應用等核心領域取得突破，加快發展非動力核技術，支持發展離子、中子等新型射線源，研究開發高分辨率輻射探測器和多維動態成像裝置，發展精準治療設備、醫用放射性同位素、中子探傷、輻射改性等新技術和新產品，持續推動核技術在工業、農業、醫療健康、環境保護、資源勘探、公共安全等領域應用。為貫徹執行國家產業政策，我國核行業主管部門——國家原子能機構在其《2016核工業發展規劃》對其進行了全面而系統的布局。

2.2 我國核技術應用發展前景廣闊

一批大科學裝置的建成極大地促進了我國核技術應用的發展，為核技術應用的產業化發展奠定了基礎。未來，在我國實施創新驅動戰略的背景下，政府將加大對原始創新的支持力度，持續增加對核技術應用基礎研究的投入，這將進一步推動核技術應用的發展，進而促進核技術應用產業的標準化、集約化與國際化。

得益于政府的大力支持，借助資本市場暢通的融資渠道以及國內外旺盛需求的牽引，在全球核技術應用蓬勃發展的國際環境和IAEA的大力幫助下，隨著核醫學、消毒滅菌、環境保護、輪胎預硫化、輻照固化等新領域的產業化條件成熟，我國核技術應用將繼續保持強勁的發展勢頭。據業內專家預測，年增長率將保持在20%甚至更高；應用領域將不斷拓展；應用規模將持續擴大，在未來十幾年內可能達到萬億規模，前景十分廣闊。

3 結語

我國核技術應用行業經過幾十年的發展，已達到年產值4000億元的規模，涉及20多個行業領域。作為國家重點支持的戰略性新興產業，核技術應用本身在不斷發展，應用領域的范圍也在不斷擴大。在國家力推“核電出海”和我國核電建設快速發展的背景下，與其密切相關的核技術應用將隨著國民對核科技認知的不斷提升，逐步滲透到經濟社會的更多領域，迎來跨越式發展。在政府的大力推動和業界的不懈努力下，我國核技術應用有望被打造成為繼核電之后，我國核技術“走出去”的另一張“國家名片”。

參考文獻：

[1] 王攀,滕軍偉,等.核技術應用萬億市場待開啟[N].經濟參考報，2016-12-14(A05).

[2] 無錫市科學技術局.國內首臺L波段10 MeV/40 kW工業輻照電子加速器研制成功[J].江蘇科技信息,2013,7:17.

[3] 中國科學技術協會.2016—2017核技術應用學科發展報告[M].北京:待出版.

[4] Yu C,Zeng Z.Development and application of electron linear accelerator of CIAE[C].Vienna:International Atomic Energy Agency,2017:158.

[5] 中國科學技術協會.2014—2015核科學技術學科發展報告[M].北京:中國科學技術出版社，2016:253-256.

[6] 上海聯影官醫療科技有限公司官網.[EB/OL].http:∥www.united-imaging.com,2017-12-25.

[7] 中華醫學會核醫學分會.全國核醫學現狀普查結果簡報[J].中華核醫學與分子影像雜志,2016,36(5):479-480.

[8] 國務院.中華人民共和國國務院“十三五”國家戰略新興產業發展規劃[Z].2016-11-29.