王乃彥，中國原子能科學研究院研究員，中國科學院院士，知名核物理學家。長期從事核物理和核技術應用的研究工作。曾任核工業研究生部主任，中國核學會理事長，國家自然科學基金委員會副主任。獲2003年度何梁何利基金科學與技術進步獎物理學獎，2004年度“世界核科學理事會全球獎”，2015年度中國“十大科學傳播人”稱號。

經過幾十年的發展，我國非動力核技術應用取得了巨大成就，在提高人民生活水平、促進社會經濟發展中發揮了不可替代的重要作用。本文概述了核技術在工業、農業、醫學、環保等領域的應用情況。

中國民用核技術發展現狀與前景(上)

01概況

中國非動力核技術及應用起步于上世紀50年代，歷經了科研開發的起步階段、應用開發的產業化階段以及快速發展三大歷史階段，現已步入高速發展期。

1999～2016年民用非動力技術應用產值如圖1所示。截至2016年12月底，中國已有400多家單位直接從事民用非動力核技術研發與生產，相關應用單位數千家，民用非動力核技術應用年產值超過432.5億美元，是2010年的3倍，年增長率保持在20%左右，為全社會提供近10萬個就業崗位，在提高人民生活水平、促進社會經濟發展中發揮了不可替代的重要作用。

圖1 1999～2016年民用非動力核技術應用年產值增長情況

與工業化發展階段相適應，中國核技術的應用領域不斷拓展，廣泛應用于工業、農業、醫學、環保等領域，并已在輻照材料改性、輻照加工服務、輻射技術裝備、公共安全、公眾健康、環境保護等方面形成一定的產業規模(見圖2)。

圖2  中國民用非動力核技術2016年各應用領域產值分布情況

美國核技術應用創造的產值占總GDP的3%(2000年);中國只占0.38% (2016年)。

2016年我國GDP達到744127億人民幣,按3% (來估算，中國核技術應用的年產值應達到2.2萬億人民幣，但實際情況只有2800億人民幣左右。這說明中國核技術應用產業的發展空間還很大。

02核技術研發與裝置發展現狀

截止2016年底，中國從事核技術研發的科研機構和高校約有80多家，取得了豐碩的成果，據不完全統計，國內外論文年發表量萬余篇，專利擁有量近萬件。輻射化學、輻射物理等輻射科學領域在大型科研設施的支撐下蓬勃發展，為核技術的產業化發展奠定了基礎。

2.1大型科研設施提供強大支撐

在中國，加速器、反應堆、同輻光源等一批科學裝置的建成和投運有力支撐了輻射科學和技術的發展(表1)。

100兆電子伏強流質子回旋加速器和蘭州重離子加速器(HIRFL)在批量生產放射性同位素和核醫學與放射醫學等方面的應用研究中發揮了重要作用。

腫瘤治療用介質壁質子加速器和PET配套質子回旋加速器為輻射科學和技術在醫療方面的應用和研究搭建了非常好的平臺。

20MW中國綿陽研究堆(CMMR)和60MW中國先進研究堆(CARR)促進了中子成像技術及應用的開發，并生產出多種醫用和藥用放射性同位素。

合肥同步裝置、上海同步輻射光源等大型光源為輻射物理、輻射化學、材料科學、核醫學、放射性藥學等多學科的前沿基礎研究，以及醫療診斷等技術的開發應用研究提供了強有力的手段。

表1 中國輻射科學研究相關的大型科研設施情況

2.2輻射化學新成果為輻射技術應用奠定了基礎

中國于上世紀60年代起開展輻射化學及輻射加工技術研究，北京大學、中國科學技術大學、北京師范大學、上海大學、華東化工學院、中國科學院長春應用化學研究所、中國科學院上海應用物理研究所，中國工程物理研究院、中國原子能科學研究院等單位開展了相關研究。在輻射化學基礎研究、高分子輻射化學與輻射加工及環境治理中的輻射化學等方面取得了一系列重要研究成果。為輻射交聯電線電纜、輻射交聯熱縮材料、輻射交聯發泡材料、聚合物基PTC材料、輻射交聯橡膠微納材料、輻射交聯水凝膠輔料、輻射接枝電池隔膜、輻射聚合聚丙烯酸酯粘合劑、輻射降解聚四氟乙烯潤滑劑、輻射降解天然高分子飼料添加劑等領域的工業應用鋪平了道路。

2.3大型科研設施提供強大支撐

中國的電子輻照加速器技術起步于上世紀60年代，取得了長足的進步。電子輻照加速器裝置數量增長迅猛，已具備相當規模，并以優異的性價比贏得歐美等國際市場的青睞。

電子輻照加速器技術研發取得長足進步

中國電子輻照加速器主要研制單位有10多家，成功研發了不同類型、多能量段的加速器數十種，基本滿足國內需求。

工業用電子輻照加速器的研發和生產以1～5MeV的中能輻照電子加速器為主。其中，高頻高壓(地那米)型加速器為主要產品。近期研制成功的5.0MeV/30mA電子輻照加速器，能量和束流不穩定度小于3%;在3.0MeV至5.0MeV能量下掃描不均勻度小于10%，標志著中國已全面掌握了高頻高壓型加速器的核心技術。

以中科院上海應用物理研究所技術為依托的中廣核中科海維科技發展有限公司(簡稱中廣核中科海維)、中廣核達勝加速器技術有限公司(簡稱中廣核達勝)、無錫愛邦輻射技術有限公司(簡稱無錫愛邦)等都有多種類型的加速器提供。

絕緣芯變壓器型中能電子輻照加速器的主要生產單位為中科院近代物理研究所，研發的DG系列無鐵芯高壓變壓器型加速器，能量范圍從0.3～2.5MeV，最強束流200mA，最大輸出功率120kW，工作穩定，故障率低，電能轉換效率高，深受用戶好評。

能量大于5MeV的中國高能輻照電子直線加速器技術也取得了突破性進展。“S波段10MeV/20kW電子直線加速器”和“L波段10MeV/40kW工業輻照電子加速器”在2011年和2013年相繼研發成功，為中國輻射材料改性、新材料研發制造、環境保護等領域的發展提供了更為有效的。

電子輻照加速器數量增長迅猛

專業化、規模化的電子輻照加速器生產基地初具規模，裝備數量迅猛增長。如圖3所示，中國加速器數量從2008年底的140臺/套發展到現有的500余臺/套(表2)，占全球電子輻照加速器總量2000臺的近1/4，總功率超過3.5萬千瓦，占全球總功率8.0萬千瓦的43.8%，年增長率在20%以上。國產加速器的國內市場占有率達到80%以上。

圖3   中國電子輻照加速器發展的情況

表2  中國現有電子輻照加速器及科研生產單位

國產電子輻照加速器具備國際供貨能力

國產電子輻照加速器性能得到國際認可，部分產品出口海外，其中最具代表性的是中廣核技，旗下中科海維和達勝的加速器產品已出口海外18臺，銷往日本、韓國、印度、印尼、泰國、巴基斯坦等國，并于2016年2月成功進入美國市場。另一龍頭企業無錫愛邦的產品也遠銷韓國、印度、土耳其、俄羅斯、印度尼西亞等國。

2.4大型科研設施提供強大支撐

鈷-60源成功實現國產化

2010年，中國同輻公司成功掌握了完全自主知識產權的萬居里級鈷-60輻照源生產技術，形成了年產600萬居里鈷-60輻照源的能力，產品的各項技術指標和質量水平達到甚至超過了國外同類產品水平，可滿足中國約75%的市場需求。

2016年，國產鈷源實現銷售收入2000萬美元，中國同輻公司一舉躍升為全球第三大工業鈷源供應商，不僅占據了中國市場，還出口至巴基斯坦等國。在醫用鈷-60源開發方面，重水堆大批量生產醫用鈷-60于2017年3月獲批，首批成品預計2019年上市。

γ輻照裝置設計建造能力大幅度提升

γ輻照裝置一直是是推動中國輻射科學和技術科研開發，進入產業化發展的主要力量。

相關科研生產單位，特別是北京三強核力輻射工程技術有限公司和北京核二院比尼新技術有限公司堅持自主創新，創造出四大類新的γ輻照裝置，完成了三大國家強制性標準，使中國γ輻照裝置的設計建造能力得到大幅度提升。成為國際承認的γ輻照裝置政績供貨商。

為此, 北京三強核力輻射工程技術有限公司和北京核二院比尼新技術有限公司輻照所的創始人在2011年獲得國際輻射加工最高獎--勞倫斯獎。

γ輻照裝置和工業用加速器的發展速度在國際上被公認是世界上最快的。總設計裝源能力超過1.7億居里，實際裝源量約7000萬居里，占全球的23%。

2015年底，設計裝源能力為30萬居里以上的鈷源輻照裝置130多臺，與2003年相比，裝源量增長5倍多，占全球總量300臺的40%。除了2臺是進口裝置之外，其余均為國產。主要用于食品輻照、中藥輻照和醫療器械的輻照消毒滅菌以及部分材料改性。國產γ輻照裝置的發展情況見圖4。

圖4 中國γ輻照裝置的發展情況

2.5大型科研設施提供強大支撐

2008年至今，中國放射性同位素制備技術取得多項新進展，已具備幾乎所有醫用放射性同位素的制備能力。掌握了百萬居里級鈷-60同位素技術，具備了產業化的生產能力;建成了十居里級制備碘-125的間歇循環回路和居里級碘-123氣體靶制備系統;建成高濃鈾制備裂變同位素鉬-99的平臺，具備了醫用同位素Mo-99mTc的規模化生產能力，產品質量與國際接軌，銷售額超億元人民幣;形成了镥-177、銅-64和鍺-68以及砹-211的批量生產能力。

中國早在80年代末就建立了較完整的同位素科研、生產供應體系。經過近30年的發展，技術能力和水平大幅度提升，建立了包括反應堆、加速器、放射性同位素研究生產設施等在內的完備的放射性同位素研制與生產平臺，擁有近萬人的科研生產隊伍，在同位素制備、放射性藥物研制領域均取得重大進展，2015年銷售額突破5.8億美元。