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核行业潜力股 民用核技术具有广阔上升空间

2021-07-30 14:02     来源:中国核工业     核技术医用同位素核医学

本文根据柴之芳院士在中国(国际)核技术产业发展论坛上的讲话整理而成。

他谈到:

● 我们一想到核,首先想到的是核能。但其实核能的总产值是比不上核技术应用的,只有后者的四分之一到五分之一;更不用说给社会提供的工作岗位,民用核技术领域提供的工作岗位数量是核能的十倍。

● 今年7月起,PET/CT检查被纳入浙江省大病保险支付范围。我想别的省份也可能跟进。

● AI、人工智能、机器学习等新技术,将使制药业发生革命性的变化。研制同位素新药也需要学习,与AI结合起来,才能打开同位素药物的新天地。

● 真正的氢能需要绿颜色的氢,不要黑颜色的氢。核技术怎么去帮助实现?

● 现在我国核技术发展面临的主要问题,是体量还不够,上升空间很大。

● 产业化还要解决的一个问题是体制机制。现在都讲“卡脖子”,不能忘了我们自己还在卡自己的脖子。

● 要加快医用质子和重离子加速器市场转化速度。我的看法是质子治疗在先、重离子治疗在后,因为重离子要求医院投入的成本太高了,第一步还是从质子开始。


01 — 核技术的特点 —

核技术是一门基于核性质、核反应、核效应、核辐射、核谱学和核装置的高技术。

核技术有几个特点,首先是科学的技术化和技术的科学化。不能一说技术就说做一个产品,必须要懂得里面的科学是什么;同时做科学的如果仅仅是发表优秀的论文,也是不够的,一定要想办法做到成果转化。

其次是交叉性。交叉学科当前备受国家重视,从国家科技部、自然科学基金委员会,再从这次两院院士大会上习近平总书记的讲话,都关注到交叉融合。核技术和别的学科融合,产生了很多交叉学科,比如核医学、放射医学,还有核地学、核农学、核天文学、核水文学等。

再有就是产业化,这是今天要谈的主要方面。核技术应用的全球产业化规模近万亿美元,发达国家的经济效应已经超过了GDP的2%。美国长期保持在GDP的4%~5%,大约每年8000亿美元;日本和欧洲占GDP的2%~3%。我国核技术应用产业已初具规模,年产值超3000亿元,近年来年均增长率超过20%,但整体来看体量还是不够,产值仅占GDP的0.4%左右。

我们一想到核,首先想到的是核能。但其实核能的总产值是比不上核技术应用的,只有后者的四分之一到五分之一;更不用说给社会提供的工作岗位,民用核技术领域提供的工作岗位数量是核能的十倍。国民经济的10大门类都是核技术的应用场景,其中工业应用最多,往下是医疗、农业等。根据统计数据,我国在用的放射源14.4万枚,射线装置18.9万台。


02 — 我国核技术应用现状 —

民用核技术中很大一块是同位素,医用同位素就是今天发布会的主题。这是一个很庞大的市场,每年使用Tc-99m的诊断人数有4000万左右,其中美国就使用了全球50%以上的Tc-99m。全球有超过650多台30MeV或者更高能量的加速器,还有3000余台正电子发射计算机断层显像(PET/CT)设备。

1958年我国刚建好反应堆时,其实已经研制出了30多种的同位素,如Mo-99、I-131、I-125、Sr-89、P-32、Sm-153等,可以满足国内的一些需求。但是由于反应堆的老化、退役,承担的国家科研任务重,研究堆不能满足商用要求,现在能够提供的同位素太少了,绝大部分要靠进口。

我国从事核医学诊断的机构2017年是927家,最新有1148家,核医学诊断的从业人员12578人,PET设备是427台,小型回旋加速器120台左右,还有单光子发射计算机断层成像术(SPECT)设备和γ照相机等903台。我国显像诊断每年是340万人次,其中PET/CT约85万人次,核素治疗每年52.8万人次。

医疗中应用了大量的PET设备,现在的数量还在增加之中。今年7月起,PET/CT检查被纳入浙江省大病保险支付范围。我想别的省份也可能跟进。这有利于PET/CT的推广和发展。

上面说的是诊断,2015年全国有1413家开展核医学治疗的机构,现在还在增加。很多医院都有放射治疗设备和直线加速器。设备包括伽玛刀,还有质子和重离子治疗设备。上海复旦大学附属肿瘤医院引进了一台重离子治疗装置,中国科学院近代物理研究所研制成功了一台,现在已投入运营。现在还有很多的医院想建,需要国家卫生健康委员会的审批。

伽玛刀主要用的是Co-60源,工业上也用了很多钴源,秦山核电站利用重水堆实现了自主生产。现在国内共有130多座钴源的辐照装置,总量是1.7亿居里,大多用于灭菌消毒、电缆材料等方面。我国单座国产辐照装置设计装源能力能达到600万居里,可以说相当高,有一些还出口到东南亚一带的国家。

辐照加速器的数量也很可观,主要用在材料改性、污染物处理、电线电缆、杀菌消毒、食品保藏等,国产的辐照加速器在国内的市场占有率达到80%,增长迅速。我国加速器在低能、中能、高能都有布局,当然占比各有不同,在高能加速器方面还要努力。

辐照在我国的食品和农业领域发挥巨大作用,无论从种类还是数量上都位居世界前列。辐照育种方面,大面积的播种面积可以达到900万公顷。另一个是中药的辐照,每年有超过30万吨的中药采用辐照处理。检疫、环境、公共安全等领域也有很多新产品在尝试。去年新冠疫情期间,核技术完成了大量医疗物资的辐照灭菌,而且相当一部分是免费辐照的,为国家做出了重要贡献。


03 — 展望及建议 —

对核技术的展望分四个方面,第一个还是技术,没有先进的工具做不了好的工作;第二,国家的需求;第三,科学前沿;第四,产业化。

技术方面,首先是研究堆,研究堆可以开展中子散射等核物理实验,也可以进行同位素制备,不过研究堆生产同位素会受到一些限制。

然后是同步辐射光源,光源对于产业化似乎作用不大,但对于前沿科学意义重大。例如依托上海光源就产生了很多优秀的论文。如今在建的北京光源,是亮度最高的第四代同步辐射光源,希望四年后能够建好,它对核技术的开拓非常有利,对生命医学、化学、材料等学科的研究也能起到支撑作用,例如对于蛋白质的结构测定。还有在东莞建成的中国散裂中子源,对物理化学、生物医学都可以起到重要作用。除了这些大的装置以外,还有一些小型的反应堆、模块堆,多用途的加速器、多种的放射源、各种新型的辐射探测器,还有大数据、人工智能等,都能推动核技术的发展。

第二是国家的需求。“安全中国、经济强国、贸易强国、美丽中国、健康中国”,核技术应该围绕国家的重大需求来投入。比如当前很受关注的质子、重离子治疗,质子、重离子束进入身体,能量一开始比较小,最后把能量沉积在肿瘤位置上,达到了杀死肿瘤细胞的良好效果。还有硼中子俘获疗法(BNCT),现在BNCT有一种药物在日本已经被新药评审,得到日本FDA批准,我们国内还没有,不过国内也已研制成功我国首台自主研发BNCT实验装置。

AI、人工智能、机器学习等新技术,将使制药业发生革命性的变化。研制同位素新药也需要学习,与AI结合起来,才能打开同位素药物的新天地。不然做出的所有同位素药物都跟国外的一样,没有创新。还有3D打印技术也可以被引入同位素药物的研制。

第三是科学前沿。今天氢能发展得很快。现在很多汽车都是电动的,这个电哪来的?还是通过石油转化来的,所以并不是真正的氢能。真正的氢能需要绿颜色的氢,不要黑颜色的氢。核技术怎么去帮助实现?

当然,核技术在尖端领域的研究还有很多。比如最近我看到北京大学利用放射性同位素在生物的正交体系来研究肿瘤交往过程中的免疫机制,里面的核心是放射性物质。相信这样的研究会越来越多。

最后一个是产业化。现在我国核技术发展面临的主要问题,是体量还不够,上升空间很大。每百万人口PET的数量,中国是0.17,与美国差了25倍以上,与韩国也差了25倍。现在美国70%左右的肿瘤患者用放疗,而我国放疗设备每百万人口只有1.57台,只有美国的六分之一到七分之一,我们未来的空间很大。

与此同时,产业发展系统性和前瞻性不足,缺乏原创性成果,一些关键核心技术依赖国外,科技成果转化效率不高,产业结构需优化。核医学诊断和治疗药物及新型核素的研发基础也比较薄弱,大量急需的同位素、放射性药物、标记化合物或原料仍需进口。

产业化还要解决的一个问题是体制机制。现在都讲“卡脖子”,不能忘了我们自己还在卡自己的脖子。为什么放射性药物发展不快?很多企业不愿意做,因为周期太长了。企业要盈利,不可能做八年、十年一分钱不赚。放射性药物的研发难度大,审批周期长,运输又是个大问题,监管要求也高。当然该监管的绝对不能放松,但是要科学地监管。所以我觉得“卡脖子”的事情太多,这个问题不解决,就会影响到我国民用核技术的发展。

所以,建议制定国家核技术规划,加强国家政策扶持;加强科学监管,创新体制机制;完善相关制度、法规及标准;加强基础研究;研发新型核技术设备;加强国际合作,推动产品、技术和服务走出国门。

“十四五”期间,核技术产业以年均20%的速度增长,希望到2025年,我国核技术应用产值从目前的3000多亿元能够发展到5000亿元,其中包括同位素制品及放射性药物500亿元,辐射改性新材料产品1500亿元,辐射加工服务业1000亿元,食品及农水产品辐射加工500亿元,中高端医疗装备800亿元,辐射加工装备、无损检测等1000亿元。

要加快医用质子和重离子加速器市场转化速度。我的看法是质子治疗在先、重离子治疗在后,因为重离子要求医院投入的成本太高了,第一步还是从质子开始。当然重离子和质子的优劣,还是需要详细计算的。开发医用直线加速器,加快国产PET/CT等设备上市,研制高质量、低辐射剂量的移动式DR检查系统。加强医用同位素保障供给,建立医用同位素稳定自主供给体系。还要开发Ac-225等国内尚无的放射性靶向治疗药物,其产业化还有很大的空间。

习近平总书记所说的“坚持创新驱动”,指出了我们的问题和方向。核技术对国家的贡献很大,但创新驱动还不够。我国核技术正处于高速发展的初期,体制机制必须创新,助力我国核技术高水平、可持续的发展。要深化核领域的基础研究、关键技术研发、创新成果转化等,推进核产业和新一代数字技术的深度融合,为全球核行业创新发展贡献更多智慧。

(作者系中国科学院院士)

中国核能高质量发展大会

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