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民用核技术的发展现状

2022-01-11 10:32     来源:夹江发布     核技术放射性同位素辐照灭菌
民用核技术的发展现状

截至2019年12月31日,全国从事生产、销售、使用放射性同位素和射线装置的单位共78802家,生产、销售、使用放射性同位素的单位10707家,仅生产、销售、使用射线装置的单位共有68095家,分别较2015年增长20.25%、减少25.99%、增长33.35%;在用放射源146291枚,各类射线装置198321台,分别较2015年增长19.50%和44.43%。

我国核技术在工业领域的发展现状

辐射加工产业发展

辐射加工产业为我国国民经济和社会发展做出了突出贡献,已在材料改性、食品辐照、医疗卫生用品辐照灭菌等领域实现了产业化发展。工业辐射加工用电子加速器实现了从低能量至高能量的全覆盖。截至 2019年,我国共有辐照加工用电子加速器约630台,总设计功率约 45000KW,数量较2016年增长了26%。其中,主要用于辐照消毒灭菌的高能电子加速器约80台,用于辐照材料改性的中低能电子加速器约550台。我国多种类型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%。

辐射技术在环保领域的应用

我国在辐射处理废气、废水、废物等方面,虽然起步较晚但发展迅速。世界上第一座电子束处理烟气的工业化应用装置在中国成都建成。中广核达胜在广东建成的国内第一个工业规模的电子加速器辐照处理印染废水工程项目已于2020年6月份正式投入运营,采用7台电子加速器联机运行,设计处理能力达到 30000m³/d。2020 年7月中广核达胜加速器技术有限公司联合新疆川宁生物科技有限公司,在新疆伊犁建设完成了我国第一个电子束无害化处理抗生素菌渣示范工程,设计处理抗生素菌渣 100t/d,为电离辐照在固体废弃物领域的应用开辟了新方向。

尖端射线无损检测技术

截至2019年底,我国共有射线无损检测装置22700余台,其中伽玛探伤装置2700余台,工业探伤加速器400余台,X 射线探伤装置超过 19600台。我国自主开发的大型及高能工业 CT 系统研制成功,能检测直径 2m、高 6m、重达数十吨的物体,几何测量精度达 0.02m;国产微焦点 CT 的空间分辨力可达 250~500mm,检测工件直径 1~5mm。在工业CT系统主要核心部件方面,不仅已完全掌握电子直线加速器系统的设计、生产技术,而且制造的无损检验加速器居世界前列,逐渐摆脱受制于人的局面。但工业 CT 用 X 射线机基本完全依赖进口,主要被美国Varian、瑞士Comet、法国Thales 等少数几家公司垄断。

我国核技术在医学领域的发展现状
 

医用放射性同位素的生产

2018年以来,我国研究堆开始恢复部分医用放射性同位素的生产,中国核动力研究设计院的高通量工程实验堆(HFETR)实现了89Sr小批量生产;中国原子能科学研究院在中国先进研究堆(CARR 上建成了百居里级125I间隙循环回路生产系统,并进行了系统验证。中核集团掌握了利用 CANDU 堆制备百万居里级60Co同位素技术,并建立了相应的生产能力,2019年4月首批医用高比活度60Co原料出堆。虽然近年来我国在反应堆生产同位素方面取得了显著进展,但受能力条件、束流孔道和束流时间等因素影响,堆照医用同位素绝大部分仍依赖进口,我国自主生产的131I、89Sr、177Lu 仅满足国内小部分需求,常规核医学诊断所需99Tcm 的原料99Mo,以及用于粒子植入治疗的125I核素等完全依赖进口。

医用放射性同位素制品的研制生产体系

我国有百余台专用加速器用于18F等同位素的生产,基本满足大中城市综合性医院临床需要。上海化工研究院有限公司自主研发掌握了13C分离的核心技术,正在实施13C分离产业化生产装置建设;自主开发的稳定同位素18O同位素产品成功应用于PET-CT 肿瘤诊断药物18F-FDG 的研制,实现了国产化替代;15N在满足国内科研领域需求的基础上出口国外,是国际上两家供应商之一。但我国放射性药物研发、安全评价、生产、临床应用还处于发展的初级阶段,相关研究和产业化水平与美国等发达国家相比有很大差距,主要表现在药物研制进展缓慢,原始创新能力弱,处在仿、创的结合阶段,放射性药物数量少,自主原创性放射性药物缺乏。

核医疗装备生产与应用我国核医疗

设备是以自行生产为主,扫描机、γ照相机和功能测定仪都以国产为主,性能已达国际水平;CT模拟定位机、三维远/近治疗计划系统、X刀和后装治疗机等放疗设备研发进展顺利,攻克了一大批关键技术,取得了一批具有自主知识产权和重要市场应用价值的成果。我国质子和重离子治疗技术应用取得阶段进展,山东万杰医院、上海质子治疗中心的质子/重离子加速器治疗装置已用于临床治疗,中科院兰州近代物理所建立的武威碳离子治疗装置于2019年获“第三类医疗器械”注册证。2019年,我国大陆地区拥有PET/CT404台、PET/MRI23台,较2017年增长120 台(增幅 39.1%);427台正电子显像设备中,进口设备占83.4%,国产设备占16.6%;共安装单光子显像设备903台,较 2017 年增长46 台(增幅 5.4%);医用回旋加速器120台,同比 2017年增加10台(增幅 9.1%);PET检查总数86.4万例/年,较2017年增加 65.2%;单光子显像总数 251.4万例/年,较 2017年增加19.88%。虽然国产设备相较于国外设备市场占有率低,且仍存在部分核心技术受制于人的情况,但整体发展较为迅速且有逐步打破国外垄断的趋势。

我国核技术在农业领域的发展现状

辐射诱变育种技术及应用我国在农作物诱变育种研究方面较国外起步晚,但发展较快并具有鲜明特点和优势,即在研究和发展诱变技术的同时,将技术密切地与作物改良相结合,并通过组织全国农、科、教大联合、大协作,形成了一支国家核辐射诱变技术育种研发队伍,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。

近年来,育成的广适、高产、稳产的小麦新品种“鲁原502”,累计推广应用7700万亩,是目前全国第二大小麦推广品种;强筋高产广适小麦新品种新春37号,大面积亩产在630kg以上,累计种植近 400万亩,成为新疆春小麦主栽品种和年种植面积最大品种;“Ⅱ优 D069”等高产抗病亚种间杂交水稻新品种,累计推广应用1400多万亩;“扬蕙梅”、“扬蕙蝶”、“广陵仙子”、“少女白雪”等20余个通过诱变育种育出的花卉新品种通过了省级鉴定或国际登录;糖尿病专用、赏食兼顾、池塘专用等特色水稻新品种不断开拓,其中,基于高抗性淀粉糖尿病专用新品种“宜糖米”于 2020 年3月捐赠支援武汉感染新冠状肺炎重症的糖尿病患者,助力抗疫。

农产品、食品辐照加工 我国农产品、食品辐照加工研究与产业化水平在国际上已处于领先地位,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。辐射技术在减少食品中含菌量、防控食源性疾病和降解农产品中有毒有害物质方面发挥重要作用,为现代农业的发展和农产品出口贸易做出了巨大贡献。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。除此之外,全国每年约有10~20万吨的宠物食品采用辐照方法处理并出口。但目前中国辐照农产品年加工量仅为农产品总量的万分之一,与发达国家相比,我国辐照食品品种较少,辐照加工产业发展潜力巨大。

同位素示踪、溯源技术应用围绕同位素示踪开展多位置、多核素标记合成研究,构建标记前体和标记农药化合物库,从源头打破国内放射性标记农药及关键中间体长期依赖进口的局面;综合运用核素示踪动力学理论与技术,将同位素示踪与高分辨质谱等仪器分析技术有机结合,溯源追踪有机污染物在五大类农作物、畜禽和环境中的代谢途径与演变规律,有效解决我国农药创新发展的“卡脖子”问题,为我国农药登记管理新政的落地实施提供强有力技术支撑。围绕稳定同位素溯源数据库构建、标准和标准样品制定等方面开展了创新性工作,针对地理标志产品如鲁西黄牛、盐池滩羊等开展了基于稳定同位素的产地溯源研究,完成了我国首个牛奶稳定同位素数据库构建,奠定了我国在农产品稳定同位素溯源方面的领先地位;2019年颁布了同位素组成质谱分析方法通则,为进行农产品稳定同位素分析提供了标准依据;2019年在国内首次研制成功生物基质的碳氮稳定同位素国家标准样品2项,并于 2020年获得稳定同位素国家标准样品立项 10项,有利于打破我国农产品溯源领域稳定同位素所用的标准样品均采购自国外的局面。上述同位素示踪、溯源技术的探索,切实为保障我国农产品质量安全、生态环境安全与人类健康做出了突出贡献。

我国核技术在社会安全领域的发展现状

安检设备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,以同方威视为代表的国内企业占据了国内的绝大部分市场以及部分国际市场,具有完善的科研、生产与产业队伍,科研、生产以及应用均居世界前列,在国内多个海关口岸、大型活动场所均有大规模的装备与应用。在产业化过程中,从大型客体检测逐渐进入行李箱包检测、人体安全检测、液体安全检查等领域,通过技术创新,在国际市场上已达到先进水平,出口全球140多个国家和地区。我国的安检设备在非洲安检市场占据市场份额第一,在美洲市场占据市场份额50%以上,欧洲超过85%的国家采购由我国生产的安检设备。但与发达国家相比,我国的反恐核探测技术仍存在一定的差距,主要表现为基础研究水平不够高,核心技术创新能力不强,高端反恐侦查装备尚需进口。

射线无损检测新技术及应用X射线、γ射线、中子等探测技术已广泛应用于我国航空、铁路、海运、公路等边境口岸的客运和货运安全检查中,核磁共振、核四极共振和宇宙线μ子散射等“指纹式”高精度检测技术应用前景良好。新一代车辆/货物检测产品不断推出,智轨车辆/货物检查系统可实现精准的运行轨迹控制,从而具备多种扫描方式;多视角小车检查系统,可呈现6个不同视角下的X射线透射图像,减少单一视角下物体重叠的影响,可帮助检查人员更加精准地发现隐藏在小型车辆内的违禁物品;基于宽能谱成像技术的查验系统生成图像质量高,为实现图像智能分析和判别提供了优良的素材,结合智慧判断系统可减轻图像查验人员的劳动强度、减少人为因素的干扰、提升图像查验效率;同方威视公司设计的世界首套以加速器为辐射源、利用 CT技术的大型货物/车辆检查系统,已于2019年10月底在深圳莲塘口岸完成安装调试并投入运行;毫米波全息成像人体安全检查仪已于2018年获得民航颁发使用许可认证,已在国内多个机场实现批量使用;太赫兹人体安检成像仪在港珠澳大桥、广州白云机场、乌鲁木齐海关等地投入试用。

我国非动力核技术发展问题

我国同辐产业与发达国家相比,无论技术水平还是经济规模都存在着很大的差距,主要问题是:

1. 对同辐技术产业的认识不足,缺乏切实可行的总体规划。多年来,虽然相关部门也作了不少调研,但还缺少切实可行的总体规划,议论多落实少,感慨多行动少,各自为战难于形成规模与产业。

2. 资金投入不足,产业化链条短。我国同辐技术能有今天的发展,是与主管部门的支持帮助分不开的。同辐产业的发展主要靠的仍是上世纪八十年代前后的科研成果的积累,新产品,特别是具有自主知识产权的产品较少,原创性的几乎没有,大量的国外设备、仪器充斥国内市场。创新能力弱的主要原因是研发资金渠道单一、资金投入不足。在市场经济条件下,以核技术研究起家的一些科研院所相继转制成立了“清华同方”、“原子高科”、“(长春)中科英华”、“久远科技”、“中核高通”、“科大创新”等股份公司或企业集团,呈现了新的活力;非核的大型企业如杉杉集团、黄金总公司、江苏交通、首创集团等都相继进入了核技术应用领域,令人鼓舞。在新形势下,让企业作为市场经济的主体,其方向是完全正确的,但是对于正在成长中的同辐企业,还拿不出更多资金从事研发,企业的投入多数用在了厂房改造与购买设备上。在辐射化工领域,据抽样调查,近三年来平均科技投入仅为年销售收入的0.8%,远低于高技术产业不得少于2%的最低警戒线,企业还远未成为创新的主体。从国家对研究开发投入规模看,我国属于中等偏下水平,而对核技术应用研究的投入则呈下降趋势;既使像美国、日本、韩国这样以市场经济为主体的发达国家,政府主管部门仍在基础研究与工艺设备等产业化发展方面投入了重金,在美国,整个90年代联邦科研经费投入下降了9%,但基础研究的投入反而猛增了42%,2000 年全美国用于基础性研究的经费是479亿美元,占当年全部科研经费的约1/4,其中联邦政府的投入占了将近一半;韩国政府自 1992-1996年拨款5亿美元用以实施原子能技术开发计划,1997年设立原子能研发研会后,计划在1997-2006 年间再投资26亿美元,用于实施核技术中长期发展计划。这些举措是值得我们认真思考的。

3. 缺乏统一协调的管理与强有力的政策支持。同辐技术是特殊的技术、特殊的产业,加强管理无疑是十分必要的。据不完全统计,与同辐产业相关的管理部门涉及到7-8个,但至今各自为战、缺乏统一的协调配合。此外,有的管理滞后,如对环氧乙烷消毒缺乏与国际接轨的有力约束;对利于环保的辐照食品保鲜、海关检疫、烟气处理等都需要强有力的政策支持与引导。

4. 队伍流失,后继乏人是制约同辐产业发展的瓶颈。在50-70年代我国经济十分困难、面临国际反华势力的重压之下,建立起了一支非常能战斗的核科技队伍。但随着国内外形势的变化,这支队伍在某些方面渐渐弱化。我国曾成功地建造了对撞机等大型加速器装置,但在工业加速器研发方面则是器成人散,如国内唯一在企业内组建的加速器研究所其从事设计、研发的骨干力量流失了;以核农为研究对象并取得重大成就的一些农业原子能利用研究所,在体制改革中多数面临被摘牌的困境;由于缺少培养核技术人才的发展战略,一些重点大学将与核相关的专业进行了调整、兼并或撤消,而同辐行业中的50-60年代的科技人才则陆续退休,我国同辐产业的专业人才出现了青黄不接、后继乏人的情况。加速培养核科技人才实乃当务之急。

我国非动力核技术发展趋势

同位素与辐射技术大有可为。据报道,在发达国家同辐技术取得的经济效益约占国民经济总收入的2-5%,投入与产出比高达1:5至1:10。1991年美国“管理信息服务公司”进行了为期二年多的调查,1994 年美国核学主席在国际会议上对此进行了发布,结论是美国放射性同位素与放射性材料的非动力应用对美国经济的贡献达到2570亿美元/年,是核电(730亿美元)的3.5倍,占美国 GDP 的3.9%,并创造了约370万个就业岗位。并惊呼这是一个“鲜为人知的真相”。

为了对此结论进行核实,美国又以 1995年为参考年,进行了两年的调查,于 1997年发布的结果为:1995年美国同辐技术(即非动力应用)对美国经济的贡献又有了较大的增长,达到 3310亿美元,为核电(902 亿美元)的3.67倍,占美国GDP的 4.7%,并提供了395万个就业岗位。在这种形势下,日本同位素协会1997年开始了3年调查,于 2000年进行了报道,结论与美国是一致的,同辐技术的经济规模为714亿美元,是核电(606亿美元)的1.18倍,占日本 GDP 的1.7%。西方发达国家的产业化现实为我们提供了重要的参考依据,我国在目前条件下,经过努力使同辐技术的产业规模占到GDP 的1%,应该是可以实现的。

党的十六大提出了21世纪前20年全面建设小康社会的宏伟蓝图,到2020年国内生产总值将比2000年翻两番。这一时期正是国内外发展同位素与辐射技术产业的关键时期。今年1月,国家发展和改革委员会发布了组织实施“民用非动力核技术高技术产业化专项”的通知,明确了重点技术方向为:核探测成像技术系统;新型放射性诊断和治疗装置及创新药物;射线技术在环保领域的应用;应用辐射加工和材料改性;新型辐照加速器等辐照装置以及同位素制品,并委托协会召开了宣贯座谈会,提出了要在五年左右使我国核技术应用产业产值达到1000亿元的产业规模,并保持年均15%的增长速度,这是对发展同辐产业的极大支持和鞭策。在国家重视解决“三农”问题的大好形势下,核农学也将发挥重要作用。在最近行业协会完成的《同辐技术产业化发展与对策研究报告》中,也提出了同样的发展目标,并建议把辐射化工、食品辐照、医疗保健用品的辐射灭菌消毒、核检测设备、农业核技术、辐射治理三废、放射性同位素制品和工业用电子辐射加速器等八个领域作为同位素产业化发展的重点,从根本上提高我国同辐产业的技术水平、产业规模和竞争能力,为国家经济和社会发展做出更大贡献。我们相信在大好形势的鼓舞下,在各主管部门支持下,同辐产业将迈向一个更加美好的春天。

中国同位素与辐射行业协会秘书长陈殿华为核技术的应用建设推广提出几点意见:核电建设应搭建核产业发展的研究平台和工程中心,以核电公司为主体组建核产业发展研究院为企业服务,吸引人才、技术、资金,开展相应的产业研究;与地方经济发展相结合,建立充满活力的核技术应用工业园区,起到示范和带头的作用;设立发展核产业的引导资金,提供相应的融资平台,制定有利于核产业发展的财政税收政策,出台促进相关产业和技术运用的行业标准。


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