中國核技術應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

薛 岳，徐廣鐸

(1.中國原子能科學研究院，北京 102413；2.中核能源科技有限公司，北京 100193)

核技術應用作為綜合性戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)以其知識密集性、交叉滲透性、不可取代性、應用廣泛性和高效益性受到各國高度重視，全球已有近150個國家和地區(qū)開展了核技術應用的研究與開發(fā)，美國、日本等發(fā)達國家的核技術應用產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過核電并成為推動經(jīng)濟增長的重要力量，其增長速度始終高于世界經(jīng)濟的平均增長水平[1]。美國核科學顧問委員會2009年專家評估報告《國家同位素未來需求》一文估算認為，當年美國同位素與輻射技術的產(chǎn)值就已經(jīng)達到6 000億美元。據(jù)韓國輻射應用協(xié)會的研究人員統(tǒng)計，2014年韓國輻射應用行業(yè)的市場規(guī)模已不斷增長到約5萬億韓元(基于2014年的直接稅收)，約占韓國當年GDP的0.34%；如果將關聯(lián)產(chǎn)業(yè)納入分析范圍，韓國由應用輻射及放射性同位素產(chǎn)生的收入(經(jīng)濟規(guī)模)總計約165 323億韓元，約占當年GDP的1.11%[2]。據(jù)日本原子能委員會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年度日本的輻射應用經(jīng)濟規(guī)模約為43 700億日元，約占當年GDP的0.86%[3]。

我國核技術應用產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、環(huán)保等領域，滲透到人民生活的方方面面。據(jù)中國同位素與輻射行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年我國核技術應用產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值約為3 000億元，較2010年增長2倍，年增長率保持在20%左右，總體呈現(xiàn)加速增長態(tài)勢[1]。雖然我國核技術應用產(chǎn)業(yè)總經(jīng)濟體量已經(jīng)超過了日本和韓國，但由于我國人口眾多，基層核技術應用薄弱，一些先進設備和技術應用的人均占有量與發(fā)達國家相比差距較大，與核大國的地位不相適應。對我國核技術應用產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀進行分析，有利于了解我國核技術應用的優(yōu)勢和不足，抓住機遇迅速破局向前。

1 核技術應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

截至2019年12月31日，全國從事生產(chǎn)、銷售、使用放射性同位素和射線裝置的單位共78 802家，生產(chǎn)、銷售、使用放射性同位素的單位10 707家，僅生產(chǎn)、銷售、使用射線裝置的單位共有68 095家，分別較2015年增長20.25%、減少25.99%、增長33.35%；在用放射源146 291枚，各類射線裝置198 321臺，分別較2015年增長19.50%和44.43%(圖1，圖2)。

圖1 2015—2019年全國從事生產(chǎn)、銷售、使用放射性同位素和射線裝置的單位數(shù)量[4-8]

圖2 2015—2019年全國在用放射源及各類射線裝置數(shù)量[4-8]

1.1 我國核技術在工業(yè)領域的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1輻射加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展 輻射加工產(chǎn)業(yè)為我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展做出了突出貢獻，已在材料改性、食品輻照、醫(yī)療衛(wèi)生用品輻照滅菌等領域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。我國鈷-60 γ輻照裝置≥3×106Ci約有140座，工業(yè)鈷-60生產(chǎn)已實現(xiàn)國產(chǎn)化并遠銷海外，鈷源輻照裝置單座設計能力已達6×107Ci[9]。工業(yè)輻射加工用電子加速器實現(xiàn)了從低能量至高能量的全覆蓋。截至2019年，我國共有輻照加工用電子加速器約630臺，總設計功率約45 000 kW，數(shù)量較2016年增長了26%。其中，主要用于輻照消毒滅菌的高能電子加速器約80臺，用于輻照材料改性的中低能電子加速器約550臺[10](圖3)。我國多種類型輻射加工用電子加速器已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，且大部分已實現(xiàn)國產(chǎn)化，國產(chǎn)數(shù)量約占85%，進口僅約占15%。

圖3 我國電子輻照加速器發(fā)展歷程[1,10]

1.1.2輻射技術在環(huán)保領域的應用 我國在輻射處理廢氣、廢水、廢物等方面，雖然起步較晚但發(fā)展迅速。世界上第一座電子束處理煙氣的工業(yè)化應用裝置在中國成都建成。中廣核達勝在廣東建成的國內(nèi)第一個工業(yè)規(guī)模的電子加速器輻照處理印染廢水工程項目已于2020年6月份正式投入運營，采用7臺電子加速器聯(lián)機運行，設計處理能力達到30 000 m3/d。2020年7月中廣核達勝加速器技術有限公司聯(lián)合新疆川寧生物科技有限公司，在新疆伊犁建設完成了我國第一個電子束無害化處理抗生素菌渣示范工程，設計處理抗生素菌渣100 t/d，為電離輻照在固體廢棄物領域的應用開辟了新方向。

1.1.3尖端射線無損檢測技術 截至2019年底，我國共有射線無損檢測裝置22 700余臺，其中伽瑪探傷裝置2 700余臺，工業(yè)探傷加速器400余臺，X射線探傷裝置超過19 600臺[10]。我國自主開發(fā)的大型及高能工業(yè)CT系統(tǒng)研制成功，能檢測直徑2 m、高6 m、重達數(shù)十噸的物體，幾何測量精度達0.02 mm；國產(chǎn)微焦點CT的空間分辨力可達250～500 nm，檢測工件直徑1～5 mm[11]。在工業(yè)CT系統(tǒng)主要核心部件方面，不僅已完全掌握電子直線加速器系統(tǒng)的設計、生產(chǎn)技術，而且制造的無損檢驗加速器居世界前列，逐漸擺脫受制于人的局面。但工業(yè)CT用X射線機基本完全依賴進口，主要被美國Varian、瑞士Comet、法國Thales等少數(shù)幾家公司壟斷。

1.2 我國核技術在醫(yī)學領域的發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1醫(yī)用放射性同位素的生產(chǎn) 2018年以來，我國研究堆開始恢復部分醫(yī)用放射性同位素的生產(chǎn)，中國核動力研究設計院的高通量工程實驗堆(HFETR)實現(xiàn)了89Sr小批量生產(chǎn)；中國原子能科學研究院在中國先進研究堆(CARR)上建成了百居里級125I間隙循環(huán)回路生產(chǎn)系統(tǒng)，并進行了系統(tǒng)驗證[12]。中核集團掌握了利用CANDU堆制備百萬居里級60Co同位素技術，并建立了相應的生產(chǎn)能力，2019年4月首批醫(yī)用高比活度60Co原料出堆。雖然近年來我國在反應堆生產(chǎn)同位素方面取得了顯著進展，但受能力條件、束流孔道和束流時間等因素影響，堆照醫(yī)用同位素絕大部分仍依賴進口，我國自主生產(chǎn)的131I、89Sr、177Lu僅滿足國內(nèi)小部分需求，常規(guī)核醫(yī)學診斷所需99Tcm的原料99Mo，以及用于粒子植入治療的125I核素等完全依賴進口。

1.2.2醫(yī)用放射性同位素制品的研制生產(chǎn)體系 我國有百余臺專用加速器用于18F等同位素的生產(chǎn)，基本滿足大中城市綜合性醫(yī)院臨床需要。上海化工研究院有限公司自主研發(fā)掌握了13C分離的核心技術，正在實施13C分離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)裝置建設；自主開發(fā)的穩(wěn)定同位素18O同位素產(chǎn)品成功應用于PET-CT腫瘤診斷藥物18F-FDG的研制，實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代；15N在滿足國內(nèi)科研領域需求的基礎上出口國外，是國際上兩家供應商之一。安徽中核桐源公司采用低溫精餾法，于2018年啟動高豐度13CO氣體富集生產(chǎn)技術研發(fā)及生產(chǎn)設施建設，已完成全部廠房施工，部分設備安裝，計劃2021年投入生產(chǎn)。2019年10月，中核高通同位素股份有限公司與德國ITM公司簽署68Ge-68Ga發(fā)生器和無載體177Lu生產(chǎn)技術許可與合作開發(fā)協(xié)議，引進68Ge-68Ga發(fā)生器和無載體177Lu的批量化技術，計劃2022年實現(xiàn)產(chǎn)品上市。但我國放射性藥物研發(fā)、安全評價、生產(chǎn)、臨床應用還處于發(fā)展的初級階段，相關研究和產(chǎn)業(yè)化水平與美國等發(fā)達國家相比有很大差距，主要表現(xiàn)在藥物研制進展緩慢，原始創(chuàng)新能力弱，處在仿、創(chuàng)的結合階段，放射性藥物數(shù)量少，自主原創(chuàng)性放射性藥物缺乏。

1.2.3核醫(yī)療裝備生產(chǎn)與應用 我國核醫(yī)療設備是以自行生產(chǎn)為主，掃描機、γ照相機和功能測定儀都以國產(chǎn)為主，性能已達國際水平；CT模擬定位機、三維遠/近治療計劃系統(tǒng)、X刀和后裝治療機等放療設備研發(fā)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(chǎn)權和重要市場應用價值的成果[10]。我國質(zhì)子和重離子治療技術應用取得階段進展，山東萬杰醫(yī)院、上海質(zhì)子治療中心的質(zhì)子/重離子加速器治療裝置已用于臨床治療，中科院蘭州近代物理所建立的武威碳離子治療裝置于2019年獲“第三類醫(yī)療器械”注冊證。2019年，我國大陸地區(qū)擁有PET/CT 404臺、PET/MRI 23臺，較2017年增長120臺(增幅39.1%)；427臺正電子顯像設備中，進口設備占83.4%，國產(chǎn)設備占16.6%；共安裝單光子顯像設備903臺，較2017年增長46臺(增幅5.4%)；醫(yī)用回旋加速器120臺，同比2017年增加10臺(增幅9.1%)；PET檢查總數(shù)86.4萬例/年，較2017年增加65.2%；單光子顯像總數(shù)251.4萬例/年，較2017年增加19.88%[13]。雖然國產(chǎn)設備相較于國外設備市場占有率低，且仍存在部分核心技術受制于人的情況，但整體發(fā)展較為迅速且有逐步打破國外壟斷的趨勢。

1.3 我國核技術在農(nóng)業(yè)領域的發(fā)展現(xiàn)狀

1.3.1輻射誘變育種技術及應用 我國在農(nóng)作物誘變育種研究方面較國外起步晚，但發(fā)展較快并具有鮮明特點和優(yōu)勢，即在研究和發(fā)展誘變技術的同時，將技術密切地與作物改良相結合，并通過組織全國農(nóng)、科、教大聯(lián)合、大協(xié)作，形成了一支國家核輻射誘變技術育種研發(fā)隊伍，輻射誘變育成的品種數(shù)量超過世界總量的25%，是世界上利用核技術誘變育種規(guī)模最大的國家。近年來，育成的廣適、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的小麥新品種“魯原502”，累計推廣應用7 700萬畝，是目前全國第二大小麥推廣品種；強筋高產(chǎn)廣適小麥新品種新春37號，大面積畝產(chǎn)在630 kg以上，累計種植近400萬畝，成為新疆春小麥主栽品種和年種植面積最大品種；“Ⅱ優(yōu)D069”等高產(chǎn)抗病亞種間雜交水稻新品種，累計推廣應用1 400多萬畝[14]；“揚蕙梅”、“揚蕙蝶”、“廣陵仙子”、“少女白雪”等20余個通過誘變育種育出的花卉新品種通過了省級鑒定或國際登錄；糖尿病專用、賞食兼顧、池塘專用等特色水稻新品種不斷開拓，其中，基于高抗性淀粉糖尿病專用新品種“宜糖米”于2020年3月捐贈支援武漢感染新冠狀肺炎重癥的糖尿病患者，助力抗疫。

1.3.2農(nóng)產(chǎn)品、食品輻照加工 我國農(nóng)產(chǎn)品、食品輻照加工研究與產(chǎn)業(yè)化水平在國際上已處于領先地位，已就食品輻照建立了一整套標準，成為全球食品輻照加工的第一大國。輻射技術在減少食品中含菌量、防控食源性疾病和降解農(nóng)產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)方面發(fā)揮重要作用，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)產(chǎn)品出口貿(mào)易做出了巨大貢獻。截至2015年，全國輻照食品(包括食品添加劑等)產(chǎn)量超過40萬噸以上，占全球總量的一半以上，年產(chǎn)值超過26億美元，且預計以每年15%的遞增速度發(fā)展[1]。除此之外，全國每年約有10～20萬噸的寵物食品采用輻照方法處理并出口。但目前中國輻照農(nóng)產(chǎn)品年加工量僅為農(nóng)產(chǎn)品總量的萬分之一，與發(fā)達國家相比，我國輻照食品品種較少，輻照加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1.3.3同位素示蹤、溯源技術應用 圍繞同位素示蹤開展多位置、多核素標記合成研究，構建標記前體和標記農(nóng)藥化合物庫，從源頭打破國內(nèi)放射性標記農(nóng)藥及關鍵中間體長期依賴進口的局面；綜合運用核素示蹤動力學理論與技術，將同位素示蹤與高分辨質(zhì)譜等儀器分析技術有機結合，溯源追蹤有機污染物在五大類農(nóng)作物、畜禽和環(huán)境中的代謝途徑與演變規(guī)律，有效解決我國農(nóng)藥創(chuàng)新發(fā)展的“卡脖子”問題，為我國農(nóng)藥登記管理新政的落地實施提供強有力技術支撐。圍繞穩(wěn)定同位素溯源數(shù)據(jù)庫構建、標準和標準樣品制定等方面開展了創(chuàng)新性工作，針對地理標志產(chǎn)品如魯西黃牛、鹽池灘羊等開展了基于穩(wěn)定同位素的產(chǎn)地溯源研究，完成了我國首個牛奶穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)庫構建，奠定了我國在農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)定同位素溯源方面的領先地位；2019年頒布了同位素組成質(zhì)譜分析方法通則，為進行農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)定同位素分析提供了標準依據(jù)；2019年在國內(nèi)首次研制成功生物基質(zhì)的碳氮穩(wěn)定同位素國家標準樣品2項，并于2020年獲得穩(wěn)定同位素國家標準樣品立項10項，有利于打破我國農(nóng)產(chǎn)品溯源領域穩(wěn)定同位素所用的標準樣品均采購自國外的局面[10]。上述同位素示蹤、溯源技術的探索，切實為保障我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、生態(tài)環(huán)境安全與人類健康做出了突出貢獻。

1.4 我國核技術在社會安全領域的發(fā)展現(xiàn)狀

1.4.1安檢設備 我國在出入口放射性物質(zhì)檢測、大型貨物檢測、行李檢測、整機領域可自主研發(fā)，以同方威視為代表的國內(nèi)企業(yè)占據(jù)了國內(nèi)的絕大部分市場以及部分國際市場，具有完善的科研、生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)隊伍，科研、生產(chǎn)以及應用均居世界前列，在國內(nèi)多個海關口岸、大型活動場所均有大規(guī)模的裝備與應用。在產(chǎn)業(yè)化過程中，從大型客體檢測逐漸進入行李箱包檢測、人體安全檢測、液體安全檢查等領域，通過技術創(chuàng)新，在國際市場上已達到先進水平，出口全球140多個國家和地區(qū)。我國的安檢設備在非洲安檢市場占據(jù)市場份額第一，在美洲市場占據(jù)市場份額50%以上，歐洲超過85%的國家采購由我國生產(chǎn)的安檢設備。但與發(fā)達國家相比，我國的反恐核探測技術仍存在一定的差距，主要表現(xiàn)為基礎研究水平不夠高，核心技術創(chuàng)新能力不強，高端反恐偵查裝備尚需進口。

1.4.2射線無損檢測新技術及應用 X射線、γ射線、中子等探測技術已廣泛應用于我國航空、鐵路、海運、公路等邊境口岸的客運和貨運安全檢查中，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良好。新一代車輛/貨物檢測產(chǎn)品不斷推出，智軌車輛/貨物檢查系統(tǒng)可實現(xiàn)精準的運行軌跡控制，從而具備多種掃描方式；多視角小車檢查系統(tǒng)，可呈現(xiàn)6個不同視角下的X射線透射圖像，減少單一視角下物體重疊的影響，可幫助檢查人員更加精準地發(fā)現(xiàn)隱藏在小型車輛內(nèi)的違禁物品；基于寬能譜成像技術的查驗系統(tǒng)生成圖像質(zhì)量高，為實現(xiàn)圖像智能分析和判別提供了優(yōu)良的素材，結合智慧判斷系統(tǒng)可減輕圖像查驗人員的勞動強度、減少人為因素的干擾、提升圖像查驗效率；同方威視公司設計的世界首套以加速器為輻射源、利用CT技術的大型貨物/車輛檢查系統(tǒng)，已于2019年10月底在深圳蓮塘口岸完成安裝調(diào)試并投入運行；毫米波全息成像人體安全檢查儀已于2018年獲得民航頒發(fā)使用許可認證，已在國內(nèi)多個機場實現(xiàn)批量使用；太赫茲人體安檢成像儀在港珠澳大橋、廣州白云機場、烏魯木齊海關等地投入試用[10]。

2 核技術應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

2.1 后疫情時代核技術大有可為

2020年抗擊新冠肺炎期間，核技術在疫情防控、輻射滅菌消毒和醫(yī)療廢物處理等方面都發(fā)揮了重要作用。中核集團發(fā)揮核技術在輻照消毒等方面的優(yōu)勢，將原來需要7～14 d的消毒滅菌時間縮短至1 d以內(nèi)，所屬輻照站為228萬套醫(yī)用防護服、2011萬副醫(yī)用乳膠手套提供了免費輻照滅菌服務[15]；為切實防止新冠病毒通過冷鏈物流渠道傳播，中核集團聯(lián)合軍事科學院、清華大學等科研高校，共同開展冷鏈食品新冠病毒防控輻照消毒技術攻關，利用2種模擬新冠病毒開展了系列輻照滅活工藝實驗，模擬實驗表明，較低的輻射吸收劑量就可以達到滅活效果，且對食品安全不構成影響，輻照技術有望用于進口食品新冠病毒消殺的工業(yè)化應用。中國電子科技集團有限公司研發(fā)的全過程無接觸測溫安檢安防一體機，為科學防控疫情發(fā)揮了重要作用。中廣核聯(lián)合清華大學核能與新能源技術研究院緊急為湖北十堰研發(fā)污水處理設備和建設電子束處理醫(yī)療廢水科技示范工程，5月中旬項目建成投產(chǎn)，日均處理污水能力為400 t，有效降解污水中的抗生素結構，突破了常規(guī)標準對醫(yī)院污水中抗生素去除的要求。

突如其來的疫情顯現(xiàn)出核技術無損傷、無殘留等技術優(yōu)勢，隨著疫情防控的常態(tài)化，核技術在輻照滅菌、核醫(yī)學影像診斷、醫(yī)療廢物處理等領域的應用將會越來越廣。以輻照滅菌、檢疫為例，國際上不僅廣泛采用輻照技術對食品進行消毒滅菌，而且早在20世紀90年代初，輻射滅菌在醫(yī)療器械消毒滅菌的比例就達50%，而我國這一比例約為10%[1]。由此可見，后疫情時代核技術更加大有可為。

2.2 核技術自主化、國產(chǎn)化發(fā)展

當今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，美國技術封鎖形勢嚴峻，自主創(chuàng)新能力提升任務緊迫。我國核技術應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展雖然蓬勃，但仍然存在諸多“卡脖子”環(huán)節(jié)，如：加速器核心器件、部分常用同位素、結構復雜的先進探測器仍依賴進口，高端核醫(yī)療設備、核儀器儀表等性能指標、可靠性等與國外產(chǎn)品存在較大差距，自主原創(chuàng)性放射性藥物缺乏等。黨的十九屆四中全會提出，要“構建社會主義市場經(jīng)濟條件下關鍵核心技術攻關新型舉國體制”。在這一背景下，核技術應用產(chǎn)業(yè)的自主化、國產(chǎn)化已成為業(yè)界共識，未來也將有更多的政策和資金支持關鍵核心技術的突破和國產(chǎn)化。核技術應用領域基礎研究水平不高、核心技術創(chuàng)新能力不強、高端設備依賴進口等情況有望得到根本性扭轉。

2.3 核技術應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展

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(nèi)外旺盛需求的牽引，我國核技術應用產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模且經(jīng)濟體量超過了日本和韓國。當今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育發(fā)展，顛覆性技術不斷涌現(xiàn)，多重技術交叉融合不斷催生新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式。我國正處于持續(xù)深化改革，開啟高質(zhì)量發(fā)展的新時代。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與中國經(jīng)濟結構調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉型形成了歷史性交會，為核技術應用產(chǎn)業(yè)帶來了重大發(fā)展機遇。未來，隨著核技術應用產(chǎn)業(yè)化條件日漸成熟，核技術將會更加廣泛、深入地應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、環(huán)保等領域，發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進經(jīng)濟結構轉型升級；防治污染，改善生態(tài)環(huán)境；提高醫(yī)療水平，保障食品安全，改善人民身體健康；加速農(nóng)作物品種更新?lián)Q代，促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展；建立良好秩序，保障社會和公共安全。我國核技術應用將繼續(xù)保持強勁的發(fā)展勢頭，進一步向標準化、集約化和國際化發(fā)展。

3 結束語

近年來，我國核技術應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展取得了令人矚目的成績，研發(fā)水平和自主化能力不斷提高，在工業(yè)輻照鈷源及加速器、安檢產(chǎn)品等一些領域已經(jīng)改變依賴進口的局面，在加速器制造、放射性同位素制備等領域形成了一定規(guī)模的生產(chǎn)能力，在公共健康、輻照加工、公共安全等領域核技術的應用出現(xiàn)了迅速增長和明顯加速的可喜勢頭。“十四五”以及今后更長時期，我國應提高應用基礎研究水平，深入開展關鍵技術研發(fā)，推進研發(fā)成果的應用和轉化，讓核技術為滿足人民日益增長的美好生活需要做出突出貢獻，成為我國深度融入全球經(jīng)濟、順暢國內(nèi)國際循環(huán)聯(lián)通不可或缺的重要力量。