為鈾而生
——記東華理工大學副校長、核資源與環境國家重點實驗室首席專家湯彬

蔡巧玉

湯彬

四十年來同一夢

荒郊野外，風餐露宿，巖石嶙峋，雜草叢生，走在深一腳淺一腳的崎嶇山路上……深刻的記憶是一種奇妙的鏡像。時至如今，在東華理工大學副校長湯彬教授的夢境中，還時常會出現自己當年在野外隨隊勘探鈾礦時的情景。那個時候，他還是個年輕小伙子，總是一馬當先地沖在前面。當手中的伽馬儀從有節奏的“嘎巴、嘎巴”聲變為急促的“嘎嘎嘎嘎”聲時（代表探測到巖石里存在鈾元素），他便難以抑制住自己的興奮。

這種興奮的勁頭，往往在湯彬從夢中醒來之后許久也難以散去，這是他青春歲月里難以忘懷的一種印跡，已經深深地銘刻在他的骨子里。一輩子只為一件事！從當年風華正茂的小伙兒到如今已經年近花甲的“老將”，從20世紀80年代由老前輩們帶領著一路摸索到如今自己成為團隊的“定海神針”，而指引著后來者們向前鉆研，四十年來同一夢，湯彬為使我國甩掉“貧鈾少鈾”的帽子，一直在我國鉆孔快速探鈾的核勘查技術體系創立、大型/超大型鈾礦從無到有的重大突破與鈾資源增儲、民用核技術產業發展壯大的道路上風雨兼程，砥礪前行，走出了一條鈾礦勘探技術的精進之路。

鈾是一種稀有金屬，由于其核裂解時能釋放出巨大的能量，從而成為核武器的主要原料，是國防軍工和核能發電不可缺少的戰略資源，關系到一個國家的國防安全和經濟發展。正因如此，鈾礦勘探和開發一度是比較敏感和機密的話題，早些年間，一談到“鈾”，甚至會用“有用金屬”或者神秘字母來代替。

找鈾礦難，給鈾礦定量更難，這在當時是業內公認的事實。20世紀80年代，當時的技術與設備只能判斷一個地區是否藏有鈾礦，至于儲量多少則無法現場得知。據湯彬回憶，當時國內勘探鈾礦的場面基本是這樣的：勘探隊將礦石樣品送進隨隊而建的化學分析室，等到實驗室分析出結果，再告知勘探隊。這一過程需要一到兩個星期。他說：“受此制約，我們國家找到一個鈾礦，再把儲量算出來的話要少則3～5年，多則10余年，而更深層次的影響是，對于我國地下究竟蘊藏著多少有望開發的鈾礦產資源量缺乏快速的評估手段。”

究其原因，湯彬表示：“是早期我國鈾礦定量主要依賴鉆孔巖芯化學分析法，該法難以回避鉆孔取芯效率低、礦樣分析周期長、邊界圈定誤差大、鈾礦定量成本高‘四類缺陷’，即便在引進蘇聯γ測井平均含量法之后，鈾礦勘探人員仍然受到該法的‘三種不能’困擾——不能細分礦層、不能區分非礦夾層、不能現場鈾礦定量。而同期，美國等發達國家采用的GAMLOG法關鍵技術和儀器設備則對我國進行著嚴密的封鎖。”

鈾礦對于一個國家的戰略發展具有不言而喻的影響。所以，自主研發快速、經濟、準確、實用的鈾礦定量現場方法及其相關的核輻射探測關鍵技術，對于甩掉“貧鈾國”的帽子、保障核安全具有重大意義。如果不能解決這些方法技術上的瓶頸，就意味著我們改變不了被別人“卡脖子”的窘境。

湯彬對此看在眼里，急在心中。為解決這一技術性難題，緩解被動局面，提高我國鈾資源儲量，湯彬和他的團隊歷經了30余年的持續攻關，克服了無數個艱難險阻，在可借鑒經驗非常有限的情況下，一點一滴在自我摸索中研發出鈾礦勘查的核輻射探測技術，還將該技術廣泛應用于環境輻射檢測、核應急等領域，在一定程度上解決了我國快速鈾礦勘探、準確鈾礦定量的技術性難題。

“醫用的輻射探測可以將看不見的東西變成看得見，如用X光給人體拍片。鉆孔探鈾的核輻射探測是給鉆孔周邊的巖石‘拍片’，將地底下看不見摸不準的鈾礦變成看得見，還能知道鈾的含量和分布。”湯彬用了這樣一個形象的總結，“我們雖然在時間上比發達國家晚一點，但在技術突破上盡量往前趕，并且要具備自己的特色。”

湯彬團隊的創新性研究成果之一，基于鉆孔γ輻射總量及全譜的鈾礦定量分層解釋理論與方法技術，就是在鉆孔中用γ射線給巖石“拍片”，它可逐點解析沿鉆孔軸線的地層巖石鈾含量分布，可替代確定鈾含量的鉆孔巖芯取樣與化學分析等常規方法，解決了利用測井結果快速定量和準確評價礦產資源的世界性難題，對估算我國鈾資源儲量，提高鈾礦勘探效率，節省鈾資源定量成本有重要意義。目前，基于γ輻射總量測井的五點式反褶積分層解釋技術已成為我國鈾礦定量的標準方法，該方法被國家核行業標準《γ測井規范》（EJ/T611）采用達20余年。

“通過項目的實施，打破了國外封鎖，創立了我國獨有的鈾礦定量體系，研發的系列核心技術與成套儀器設備填補了多項國內空白。”湯彬說，通俗點講，通過普及這項技術，如今在野外勘探地已能現場實現即時判斷出此地是否藏有鈾礦，還可計算鈾礦儲量。

合作團隊合影

今日的鈾礦勘探，只需將一根內置電路板和探測器的鋼管用電纜連接吊入鉆孔井內，通過鈾礦釋放射線的原理尋找鈾礦，地面的工作人員就能根據地面儀器顯示的實時數據判斷出鈾礦的深度和規模。“這個過程如今可以用分鐘計！”湯彬表示，如此一來，就省去了隨隊建實驗室，也不需再花費一兩個星期的時間苦等分析結果。自分層解釋方法被確定為我國鈾礦定量的標準方法以來，我國新增的2/3以上鈾資源儲量估算已全部使用了該方法，相關的配套技術與設備還在國防及重大工程中被廣泛應用，產生的節支總額近百億元之巨。

另外，湯彬團隊還首創了有限面源替代無限面源的大型γ輻射儀校準方法，創建了地表不同高度的天然核素比活度與環境輻射劑量率的換算方法及換算圖表等關鍵技術，解決了地面校準大型γ輻射儀的世界性難題；創立了氡室氡濃度動態穩定的輻射測量模型，研建了“Rn/Tn混合”“一源多體”等氡室/釷射氣室計量標準裝置，制定了新的《測氡儀檢定規程》，建立了核行業與社會公用氡計量標準，并獨創了高壓電暈放電氡子體采樣方法，解決了瞬時測氡技術難題。

湯彬和團隊還針對核與輻射安全備受關注的這一問題，在此前的基礎上不斷創新，研發出了環境核輻射探測的關鍵技術，建立了相關技術標準，用于檢測環境是否存在放射性污染，解決了環境輻射監測、反核恐與預防核污染等領域的放射性實時在線監測、快速檢測、核素識別等難題。如今，這一項技術在核電站、機場以及海關等多處得到應用，打破了民用核儀器的國外壟斷。湯彬團隊研制并產業化了以通道式放射性監測為代表的系列化專用型核輻射探測儀器設備。目前通道式放射性監測系統已在全國各海關、出入境口岸、金屬回收和熔煉企業等單位銷售500余套。目前5大系列20余種民用核儀器在環保、海關、邊檢與出入境口岸得到了廣泛應用。

湯彬作為這一領域的先驅者和探路者，帶領團隊用了30年的時間趕上了國外百年的進程，依靠的正是中國核技術人迎難而上的精神和艱苦卓絕的付出。在2016年度國家科技獎勵大會上，由東華理工大學牽頭，湯彬作為帶頭人聯合核工業航測遙感中心、上海市計量測試技術研究院、貝谷科技股份有限公司等開展的“面向鈾礦與環境的核輻射探測關鍵技術、設備及其應用”項目由于攻克了鈾礦勘探從定性到定量的諸多難題，打破了國外技術封鎖和儀器產品壟斷，對提升核工業自主創新水平、保障國家能源安全、推動戰略性新興產業更好更快發展具有重要意義而摘得國家科技進步獎二等獎的殊榮，可謂實至名歸。

十年面壁圖破壁

鈾作為一種放射性化學元素在國防、工業、科研中都有著極其重要的地位。全世界擁有核武器的國家很少，但核工業國家卻在不斷地發展，隨著時代車輪的滾滾向前，核能也由單純的軍事型轉變為民用型，核電站就是這種轉化的典型代表。目前世界上各國的核電站原料能源都采用鈾，從而讓各國更加重視對鈾的開發和利用。

沒有最好，只有更好，科學自然也沒有止境。我國從一度被國際稱為的貧鈾國，到近20年來廣泛供應于核電等民用領域，在這個巨大的轉變過程中，這個經過數代更迭的團隊從未停下對鈾礦定量精度的極致追求。從早先鉆井深度只能達到數百米，到如今的上千米，湯彬團隊的探測技術和設備也在不斷升級。

長久以來，在鈾礦地質勘查和地浸采鈾過程中，直接測量地層鈾含量技術一直制約著我國鈾礦事業的發展。尤其是在地浸采鈾過程中，鈾鐳平衡遭到嚴重破壞，無法利用常規伽馬測井技術對采區剩余鈾含量進行客觀評價，不能為決策地浸采鈾采區是否退役提供依據。

在實驗室指導實驗

湯彬進一步解釋道，常規使用的伽馬測井要達到測算鈾的準確度需具備兩個前提：一是礦床成礦時間要達到250萬年以上，二是礦床賦存環境沒有遭到任何破壞。然而，滿足這兩個條件的砂巖鈾礦很少。例如，地浸采鈾的過程就是利用鈾和鐳的地球化學性質差異，采出鈾，留下鐳，則鈾鐳平衡遭到嚴重破壞，無法對采區剩余鈾量進行客觀評價。目前，國外也只有俄、美兩國利用中子測井技術較好地解決了這一矛盾。我國曾經試圖引進該項技術，但由于技術壁壘等制約，這項技術在我國鈾礦勘查與開采方面的應用始終未能如愿以償。

習近平總書記曾經說過，核心技術靠化緣是要不來的，也是花多少錢都買不來的。“大國重器，只有把核心技術掌握在自己手中，才能真正掌握競爭和發展的主動權，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。”習總書記的告誡如同黃鐘大呂，振聾發聵。在10年前，湯彬便下定了決心，不等不靠，要實現自主創新，將核心技術牢牢掌握在自己手上，這樣我們才有底氣笑對世界風云變幻，才有信心實現中華民族偉大復興的中國夢。

十年面壁圖破壁，湯彬團隊毅然承擔起國家高技術研究發展計劃主題項目“脈沖中子測井與鈾定量解釋技術”、國家自然科學基金重點項目“鈾裂變瞬發中子測井與鈾定量分層解釋的基礎研究”、國家重點研發計劃（重大科學儀器設備開發）重點專項“高性能長壽命中子管研制與應用”等研究課題。一次次的大膽嘗試，否定再否定、顛覆再顛覆，在這樣的不斷試錯中，獲取了更多的技術更新和經驗積累。經過10余年的攻堅克難，湯彬突破了“直接測鈾”的鈾裂變瞬發中子測井關鍵技術，包括創立了基于雙中子時間譜提取“裂變/慢化”比值和鈾裂變信息的方法技術、基于分層解釋的中子測鈾定量方法及其測井參數的現場求取方法，研發出我國首臺基于鈾礦定量的脈沖中子測井儀及其可控脈沖中子源（高性能中子管）、配套鈾定量解釋軟件等系列成果，為推廣“直接測鈾”的鉆孔現場鈾礦定量技術進入工程應用奠定了堅實基礎，有望形成我國自主知識產權的脈沖中子鈾礦定量測井技術體系，并將開啟我國鉆孔快速探鈾與鈾礦定量的新紀元。

2019年夏天，湯彬帶領團隊用了連續5個多月時間，在內蒙古巴彥烏拉鈾礦區開展脈沖中子鈾礦定量測井技術的工程應用（中試）研究。巴彥烏拉鈾礦是典型的礦層厚薄不均、時常伴隨鈾鐳不平衡的鈾礦，已影響到伽馬測井的鈾礦定量準確度。脈沖中子鈾礦定量測井是利用脈沖中子引發地層鈾（235U）元素發生裂變反應，探測并提取鈾裂變產生的瞬發中子時間譜，進而實現鉆孔快速探鈾和鈾礦定量。本次開展的工程應用研究工作意在推廣脈沖中子鈾礦定量測井技術，力求將鈾礦伽馬（能譜）測井與鈾裂變中子測井的融合技術應用于儲量估算，解決鈾礦伽馬測井無法現場獲取鈾-鐳平衡系數和氡射氣系數的科技難題（必須事后進行鈾-鐳-氡的平衡修正）。

湯彬團隊的中子測井測鈾系統采用多探測器技術，可消除水層、井管、水泥環等對測量結果的影響，與常規伽馬測井技術相比，該系統不需要通過先測鐳的含量再推算鈾的含量，避免了求取鈾鐳平衡關系所需的化學分析，真正實現了現場快速測鈾。試驗證明，該系統可直接測鈾，且鈾含量檢測限已達萬分之一，這為我國鈾礦勘查及開采事業帶來革命性的突破。該項技術將助力于內蒙古鈾礦大基地建設，開啟我國鈾資源勘查與開發的新局面，其社會經濟效益和戰略意義非常重大。

薪火相傳再出發

“項目成果的取得，從來不是一個人的智慧所能推動的，而是凝結了團隊幾代人心血的結晶。整個團隊薪火相傳的共同努力才是成功的關鍵。”湯彬的感嘆正是東華理工大學核技術人40多年來風雨如磐、砥礪前行的縮影。

1979年，年僅15歲的湯彬就考入了華東地質學院（東華理工大學前身），這是原中國核工業部創建的第一所大學，為我國核大國地位的確立和鈾礦地質事業的發展、為國防科技工業和地方經濟建設做出了積極貢獻，被稱為“中國核地學的搖籃”。湯彬從此便深深扎根于這一片核工業技術的沃土之中，到今天長達40年之久。1983年，他成為那一屆放射性地球物理勘查專業畢業生中唯一留校任教的學生。5年后，年僅25歲的湯彬，爭取到了自己的第一個國家級科研項目，作為當時的年輕人，湯彬在團隊的科研項目中表現出色，“鈾礦伽馬測井分層解釋方法研究”項目獲得了1991年度部級科技進步獎二等獎。1993年，該項探測技術成為國家行業技術標準，并面向全國鈾礦勘探技術人員普及。

湯彬時常感慨，是科技報國的理想把大家凝聚在了一起。科學研究的內容是異常枯燥的，一個平常的數據結論，常常要經過復雜的理論推導，從數以萬計的數據中找出問題，沒有超出常人的耐心和細心，將一無所成。“你要有坐冷板凳的耐心，要有鉆研技術的恒心，要有敢打硬仗、不怕吃苦的決心，還要有承受挫折和失敗繼續前行的信心。只有這樣，才能耐得住寂寞，啃得了硬骨頭。”湯彬總結道。

一代又一代人薪火相傳，用青春和熱血向世界證明了中國核工業技術的發展成就。繁霜盡是心頭血，當年的老一輩們有的退休，有的作古。今天，56歲的湯彬帶著新一代的年輕人，為了挑戰更高的目標，正付出百分之二百的努力。

2018年，國家自然資源部公布了高層次創新型科技人才培養工程評選結果，湯彬領銜的“放射性地球物理勘查”研究創新團隊成功入選，成為此次評選中唯一入選的江西團隊，也是唯一入選的核行業團隊。

湯彬的“放射性地球物理勘查”科技創新團隊是我國最早從事鈾礦核測井與分層解釋理論、方法和技術研究的創新團隊之一。自組建以來，一直堅持服務國家核地學事業，圍繞快速探明鈾礦儲量、保障環境輻射安全等關鍵科技問題，創立了我國鈾礦伽馬測井、中子測井等關鍵技術，以及現場鈾礦定量的分層解釋方法和配套技術體系，研發出鈾礦與環境探測的多項儀器設備，已形成國家、國防和行業技術標準，使我國鈾礦伽馬測井、中子測井以及鈾礦定量的技術水平躋身于世界先進行列做出了重要貢獻。

湯彬認為，作為高校，每年都有許多基礎性研究成果，但其中大部分都停留在紙面上。只有促進研發成果轉化為生產力，才能推動社會發展。“高校主要是幫國家做項目，有著前沿的學術理念，更加注重社會效益。但企業更了解市場，如果把兩種研究方向結合起來，對于專業人才的培養、科研成果的儲備，都會起到更好的效果。”湯彬說，隨著市場化的推進，核輻射研究成果逐漸應用于醫院、安檢等民用方面，這就是產學研合作的典型體現。

在湯彬的帶領下，團隊率先走上了校企合作的快車道，2007年，湯彬選了5名團隊科研人員進駐中廣核貝谷科技股份有限公司，著手核輻射儀器的產業化開發。這種合作一直延續到今天，有許多東華理工大學的畢業生，已經成長為企業的高級技術和管理人員。他們共同研究開發的以輻射成像為核心，不開箱就可看到集裝箱內裝載貨物的最新快速檢查系統設備，已經被運用到港珠澳大橋珠海公路口岸的海關貨運進境查驗場上。2017年，由湯彬團隊和貝谷公司、公安部第一研究所聯合申報的“基于電子加速器的新型多能射線成像檢查裝備與產業化”項目，申請獲得江西省重大科技專項。目前，新的設備還未上市就已獲得訂單，每臺價格超過500萬元。

在湯彬看來，科學沒有止步的那一天。身為團隊的帶頭人，在項目遇到問題的時候要能頂住壓力，知道帶領團隊往哪個方向走，既要仰望星空，還需要腳踏實地。著眼當下每一個技術細節，精益求精。他經常告誡團隊的年輕人們，困難不論大小，往往很小的一個細節，就會成為影響最后成功的“一根稻草”。

如今，湯彬的團隊不僅立足于國內國防軍工與核能發電事業的進一步發展，步伐也已經踏出了國門。為響應“一帶一路”號召，中廣核集團開發的湖山鈾礦為我國在非洲最大的實體投資項目，該礦為近十年來非洲乃至世界鈾資源勘查領域的重大發現之一，為世界最大露天開采鈾礦，其鈾資源儲量位列世界第三，資源總量達28.6萬噸八氧化三鈾（俗稱黃餅），該礦達產后產量將位居世界第二，提振了我國核電安全高效發展的信心，被譽為中非國際合作的典范。

但是，湖山鈾礦屬于典型的白崗巖型鈾釷混合礦，僅使用伽馬總量測井方法無法準確地區分鈾、釷、鉀含量。同時現有的伽馬能譜測井方法存在著諸多不足，較難在湖山鈾礦開展應用。面對這種情況，中廣核集團鈾業公司邀請東華理工大學湯彬團隊合作開展“湖山礦放射性能譜測井研究與儀器研發”。

在湯彬的帶領下，團隊通過近三年的技術攻關，在第一代實驗樣機的基礎上，開展了全新的第二代鈾釷混合礦快速能譜測井方法研究與儀器研制，研發出鈾釷混合快速能譜測井方法和配套的測井儀器，突破了“能譜測井速度低”“鈾含量測量范圍窄”“鈾釷混合礦解釋精度低”等能譜測井關鍵技術。為了適應湖山鈾礦的測井需求，團隊還成功將能譜測井儀器改造為車載式單人操作的輕便測井系統，湯彬曾親赴納米比亞湖山鈾礦現場進行現場測井試驗，并對外方測井人員進行相關培訓。現場試驗結果表明，該儀器和方法能夠快速準確地區分鈾、釷、鉀含量，彌補了湖山鈾礦原有的鈾礦自然伽馬測井儀的不足，得到了中廣核集團鈾業公司和湖山鈾礦的一致認可。這是鈾礦能譜測井第一次在鈾釷混合型礦山的技術應用，有望加快“能譜測井”鈾礦定量方法生產應用推廣的步伐，具有劃時代的意義。

顧盼回目，如影歷歷。既有初期的迷茫與陣痛，又有攻關路上的荊棘與暗礁，“為鈾而生”的湯彬，始終奮戰在科技發展的第一線，將艱險視為淬煉，將磨難當作鍛造，面對國家崛起與民族復興的時代召喚，一次又一次揚帆起航。

湯彬告訴記者，他內心其實還有一個夢想，就是在現有科研技術的基礎上，繼續探索創新，進行學科交叉，將鈾礦勘探的核輻射探測技術應用到對其他礦產的探測中，進一步增加其他稀有金屬資源的儲量，從而促進國家社會經濟的發展。他還透露，這個夢想已經開始行動，離夢想成真的那一天已不再遙遠。