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科研机构如何推动核技术应用产业发展?(上)

2021-12-22 15:45     来源:华高莱斯     核技术医用同位素食品辐照加工
一、核技术应用产业及在我国的发展情况

1.核技术应用产业的覆盖领域极广,带来的经济效益远超核电

核技术应用是指利用同位素和电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学及生物效应,来进行应用研究与开发,被称为核工业中的“轻工业”。因为核心技术是同位素和电离辐射技术,所以也被称为“同辐技术”,核技术应用产业也可被称为“同辐产业”。

这里要说明一下,虽然广义的核技术也涵盖核电技术,但本文所研究的核技术应用产业,与业界、学界的普遍说法保持一致,就单指核技术在民用非动力领域的应用,不包括核电领域。

如图1-1所示,核技术应用产业在工业、医疗、农业、公共安全和环境治理领域都有着重要的应用价值。国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)曾言:“就应用的广度而言,只有现代电子学和信息技术,才能与同位素及辐射技术相提并论。”

图1-1 核技术应用产业的主要应用领域

资料来源:国家原子能机构官网

由于“场景多、频次高”,核技术应用产业带来的经济效益远超核电产业。根据核工业大国的发展经验,核电产业的总产值只有核技术应用产业的1/4到1/5。

以美国为例,按照美国核科学顾问委员会发布的《国家同位素未来需求》一文中的数据,美国的核技术应用产业在90年代中期产值已超过2000亿美元,是核电产值的3.5倍;创造就业岗位370万个,是核电产业的9.3倍。

2. 我国核技术应用产业发展迅速,产业化和科研创新能力有待加强

我国的核技术应用产业起步于20世纪50年代,70年代后逐渐进入应用领域,而直到90年代末期,核技术应用产业化进程才真正步入正轨,尤其是近年来实现了长足的进步,完成了对大部分领域的技术覆盖。

与核技术应用产业发达国家相比,虽然我国该产业起步晚,但是发展势态可喜,近年来,核技术应用产业的年均增长率超过20%。目前,仍存在着以下两方面问题较为突出:

一是虽然有龙头企业牵引,但是产业体量不足。

从行业竞争格局来看,整体上呈“龙头企业牵引”格局,资源集中在大型央企旗下,尤以中广核集团、中核集团、中国黄金集团为代表。

其中,中广核集团旗下的中广核核技术发展股份公司(简称“中广核技”),于2017年在深交所成功上市,是我国首个上市的民用非动力核技术应用企业;中核集团是国内最大的核技术应用企业,具备国内80%的研发生产能力,核医学药物在中国市场的供应量达到70%以上,旗下的中国同辐股份有限公司(简称“同辐集团”),于2018年在港交所成功上市;中国黄金集团旗下的中金辐照股份有限公司(简称“中金辐照”)是我国钴源活度最高、网点布局最完善、覆盖面最广的专业化辐照灭菌企业。可以说,在我国的核技术应用产业中,这些央企拥有着举足轻重的地位。

目前,全球已有近150个国家和地区开展了核技术应用的研究与开发,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%。

其中,美国长期保持在GDP的4%-5%,2009年时已达6000亿美元;日本和欧洲则能够占到GDP的2%-3%。尽管我国核技术应用产业已初具规模,2016年底年产值超3000亿元,但其产值仅占GDP的0.4%左右,与核技术应用产业大国有着较大的差距,未来仍有广阔的发展空间。

图1-2 我国核技术应用产业分布领域占比图

资料来源:2018年10月首届中国国际核技术应用产业大会

二是虽然部分领域取得领先优势,但是发展不均,关键领域受卡。

首先,农业领域是我国核技术应用的优势领域,环保领域是取得许多重要突破的领域。在农业领域,我国辐射诱变育成的品种数量超过世界总量的25%,是世界上利用核技术诱变育种规模最大的国家。农产品、食品辐照加工研究与产业化水平在国际上处于领先地位,已就食品辐照建立了一整套标准,成为全球食品辐照加工的第一大国。

截至2015年,全国辐照食品(包括食品添加剂等)产量超过40万吨以上,占全球总量的一半以上,年产值超过26亿美元,且预计以每年15%的递增速度发展。在环保领域,我国不仅建成了世界上第一座电子束处理烟气的工业化应用装置,还相继落成了工业规模的电子加速器辐照处理印染废水工程项目、电子束无害化处理抗生素菌渣示范工程项目等。

其次,在工业、公共安全领域实现了部分领先,但仍有许多关键性的“卡脖子”难题。在工业辐射加工领域,工业钴-60生产已实现国产化并远销海外,多种类型的辐射加工用电子加速器已实现产业化,且大部分已实现国产化,国产数量约占85%,进口仅约占15%;在无损检测领域,我国自主开发了大型及高能工业CT系统,主要核心部件方面逐渐摆脱受牵制的局面,但工业CT用X射线机还基本完全依赖进口。

在公共安全领域,我国在出入口放射性物质检测、大型货物检测、行李检测、整机领域可自主研发。但与发达国家相比,反恐核探测技术仍存在一定的差距,高端反恐侦查装备仍需进口。

最后,医疗领域是众多应用领域中最薄弱的,被“卡”的现象最为严重。一方面,放射性药物研制进展缓慢,原始创新能力弱,自主原创性放射性药物缺乏,目前处在仿、创的结合阶段;另一方面,虽然部分核医疗设备实现了自主知识产权的突破,但国产设备相较于进口设备,市场占有率低,部分核心技术仍受制于人。

而医疗领域中最突出的问题是,医用同位素的生产量严重不足,自主生产的碘-131、锶-89仅满足国内20%的需求,镥-177仅满足国内5%的需求,其余全部依赖进口。

造成这一问题的原因主要有两点,一是现有的研究堆不具备医用同位素批量化生产的能力,二是国内具有较强生产潜力的商用堆尚未开展医用同位素的生产。此外,我国用于氟-18等同位素的加速器大部分还依赖进口,从高废液中提取医用同位素处于技术验证阶段,尚未形成生产力。

为解决这一系列问题,2021年6月,国家原子能机构联合科技部等7部门正式发布《医用同位素中长期发展规划(2021-2035年)》,这是我国首个针对核技术在医疗卫生应用领域发布的纲领性文件。

总的来看,要解决核技术应用产业体量不足与关键领域受卡的问题,就必须进一步增强产业化和创新研发能力。

但与其他产业相比,核技术应用产业的科研门槛较高。一方面,核是重要的战略性资源,对相关单位的资质、运作的安全性等都有严格的管控,另一方面,核科研设施设备的建设、运营维护和升级改造等也需要投入大量的资金,就比如,中核集团中国原子能科学研究院拥有的、造价达10亿元的中国先进研究堆(CARR),投入运行10余年,每年开机时间只达到设计指标的50%,而之所以形成这一情况,就是因为经费不足,不能满足运行要求。

在我国,核科研机构整体呈现高度集中化。如图1-3所示,主要科研资源集中在高校、科研院所和部分企业,尤其是“国字头”研究机构的手上。

图1-3 我国的核科研体系

资料来源:整理自互联网公开资料

因此,未来想要推动核技术应用产业发展,摆脱多领域“受制于人”的现状,就必须发挥核科研机构,尤其是“国字头”科研机构在产业中的作用。以“研产联动”提升产业化能力,进而带动该产业的发展。

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