中國民用核技術發展現狀與前景（下）

輻射加工

中國輻射加工產業經過半個多世紀的發展形成了龐大的輻射加工產業，年增長率保持在15%左右。輻照材料改性、醫療衛生用品輻照滅菌等輻射加工服務以及輻射技術裝備領域實現了產業化發展。其中，輻照材料改性產業化程度最高，醫療保健產品滅菌發展迅速。

表3  輻射加工產業分布情況            （單位：億美元）

 (1)輻照材料改性產業化程度最高

中國材料改性產業已經非常成熟，是產業化程度最高的工業應用，已經形成了以輻照交聯線纜和熱縮材料及制品為主，半導體改性材、發泡材料、膜材料、涂料、超吸水材料、新型復合材料逐步上規模的產業格局。2015年，材料改性產值72.1億美元，其中線纜和熱縮材料占70%以上的份額。國內用于線纜輻射加工的電子加速器200余臺，總功率接近15000kW。用于熱縮材料的輻射加工的電子加速器40余臺，總功率約為3000kW左右。僅輻射交聯電線電纜一項，年產值已超過40億美元。最主要的生產商有沃爾核材料、中廣核達勝、上海長園電子材料有限公司、無錫愛邦等。

(2)醫療保健產品滅菌發展迅速

中國醫療器具輻照滅菌近年來也得到迅速發展，已廣泛用于衛生材料、醫用乳膠手套、一次性使用醫療器械、藥品包裝材料、醫療保健產品及藥械組合產品、疫苗和組織庫的輻照等領域，成為中國輻射加工發展最快的領域。目前中國從事醫療器械滅菌的運營單位都獲得TUV或相關第三方認證公司的認證，部分獲得FDA的注冊號，相關標準日益完善。

據統計，中國目前每年共有約75萬立方的醫療器械采用輻照滅菌，年產值約為26億美元。即便如此，輻照滅菌的醫療器械量僅占總量的10%左右。與歐美發達國家醫療器械消毒滅菌中60%左右使用輻射法相比，發展潛力巨大。

工業無損檢測應用

中國工業無損檢測裝置近年來的發展成果以工業CT為代表，整體技術水平大幅度提高，應用日益廣泛。在高能X射線工業CT檢測方面，中國已能完全自主開發和生產2～15MeV的工業CT/DR系統，形成了以同方威視、重慶大學等多家單位為技術核心的工業CT系統開發和制造企業。

中國工程物理研究院的6MeV高能CT檢測系統，空間分辨率可達2.0Lp/mm，密度分辨率0.8%,同方威視高能工業CT，主要技術指標：射線能量2～15MeV,密度分辨率0.3%～1%,空間分辨率1～2.5Lp/mm。

在低能X射線工業CT檢測方面，中國工程物理研究院450kV雙源雙探測器工業CT系統在常規CT模式下，空間分辨率達到3.0Lp/mm，密度分辨率達到0.8%。在顯微CT模式下，最大放大比可達400倍，細節分辨力為1μm；

重慶大學CD系列低能工業CT系統具有檢測精度高、檢測速度快等特點，射線源能量20～450kV，空間分辨率1～3.0Lp/mm，密度分辨率優于0.2%。

經過近60年的發展，核農學已廣泛應用于植物輻射誘變育種、農產品輻射加工、農業核素示蹤、昆蟲輻射不育等領域，對中國農業生產發展和農業科學技術進步產生了深刻的影響，已經成為改造、革新傳統農業和促進農業現代化的重要科學技術。

輻射育種取得顯著成績

中國在糧食作物輻射誘變育種方面取得了顯著成績，在45 種植物上育成800多個突變品種，占世界輻射誘變育成品種的26.85%，成為名符其實的核農學大國。在全國作物耕種面積中，輻射誘變育成的品種占到二成。育成的突變品種最高年種植面積在1.3 億畝以上，每年為國家增產糧食35～40億公斤。輻射誘變育成的油料作物每年產量10多億公斤，年產值約為14.4～17.3 億元。

航天誘變育種研究在空間環境的誘變機理和新品種選育方面也取得重要進展。17次太空搭載和2006年9月9日第一顆星都選育出一批優異新種質、新材料，包括水稻、小麥、番茄、青椒和芝麻等26個農作物新品種。 

農產品、食品輻射加工量占全球一半

中國農產品、食品輻照的基礎研究、輻照品種、輻照數量、法規體系建設和產業化應用等方面取得了多項新進展，已在抑制農產品發芽、殺蟲、防霉以及保障農產品食用安全性等方面，發揮出了重要和不可替代的作用。根據相關統計，2015年輻照量超過40萬噸，占全球總量70萬噸的一半以上，年產值超過26億元。

但目前中國輻照農產品年加工量僅為農產品總量的萬分之一，加工潛力頗大。中國已經制定和發布輻照食品衛生標準和工藝標準,確保輻照食品的安全.此外，農業核素示蹤已廣泛應用于農業生產，包括農產品原產地同位素溯源、農產品污染物溯源等研究領域。

重離子輻照誘變在生物農業中的應用

中科院近代物理研究所利用蘭州重離子加速器提供的12C6+，36Ar18+離子束對玉米自交系種子進行輻照試驗，發現重離子輻照能產生多種有益突變體，有利于品種改良和種質創制，是玉米遺傳性能改良的一種有效手段。

2003年育成的小麥新品種隴輻2號，增產12%，推廣面積，達到800余萬畝，成為河西走廊地區小麥主栽品種之一。

國產醫療設備取得新突破

（1）醫用直線加速器增幅明顯。中國醫用直線加速器增幅較大，從1986年的71臺到2015年的1931臺，增長26倍，2006年以來數量翻了一翻（圖5）。中國在醫用加速器研制生產上發展迅猛。在粒子直線加速器，磁控管和新加速器研制上也取得了明顯的進步?？煞€定運行在2.8兆瓦的磁控管比同型號國際產品功率更高；X波段醫用加速管和6MV/0.7MV的同源雙束加速器也已面世。

圖5 1986~2015年我國醫用直線加速器的增長情況

（2）質子和重離子治療加速器取得重要進展

質子和重離子治療技術取得重要進展，強流質子回旋加速器等指標和性能優越，使中國成為少數擁有新一代放射性核束加速器的國家，是中國醫療發展特別是腫瘤治療水平的重要標志。

繼重離子束輻射癌癥治療2006年12月進入臨床研究階段并收到顯著療效后，中國已成為國際上第4個有能力進行重離子治癌臨床研究的國家。

在質子治療方面，中國已經掌握了回旋加速器核心技術，研發出了具有自主知識產權的100MeV回旋加速器，生產出了PET醫用回旋加速器樣機，并將實現產業化；230MeV質子治療專用加速器已完成關鍵技術研發，進入整機研制階段，預計兩年內可具備應用條件。

（3）國產醫學影像診斷設備得到國際同行認可

國產醫學影像診斷設備近幾年異軍突起，上海聯影生產的醫學影像診斷新品——112環數字光導PET-CT、動態多極3.0TMR、實時多維全息mrCT，得到國際同行認可。112環數字光導PET-CT以其高靈敏度、高分辨率、大軸向視野，使得用藥量比傳統產品減少一半，檢查時間縮短一半以上。112環數字光導PET-CT與將要推出的一體式全數字PET-MR作為無創傷性高性能影像診斷設備，可提供詳盡的功能與代謝等分子層面信息，有望將精準診斷推向全新的高度。

上海聯影以其卓越的研發能力贏得美國頂尖分子影像團隊“探索者”聯盟的青睞，其近期將攜手聯影，打造世界首臺全景掃描PET-CT“探索者”，以40倍于傳統PET設備的靈敏度與顛覆性的實時全身動態掃描技術呈現人體內所有器官的動態代謝過程。

（4）國產放療設備治療率大幅提高

國產放療設備，包括醫用加速器以及一些放療輔助設備均取得重大進展。例如，上海聯影自主研發的CT影像引導直線加速器（uRT-linac506c）（圖6）采用了首次采用了CT-Linac一體化技術，直線加速器機架后集成了一臺16排診斷CT，達到了放療IGRT高清化和低劑量化，提高了臨床精度。506c內置自主研發的120片多葉準直器配合駐波加速管，治療束能量6MeV，劑量率1400MU/min，治療效率大幅提高。

圖6 聯影uRT-linac506c

一些放療輔助設備，如CT模擬定位機、三維遠/近治療計劃系統、X-刀和后裝治療機等放療設備研發進展順利，攻克了一大批關鍵技術，取得了一批具有自主知識產權和重要市場應用價值的成果。

如蘇州雷泰醫療科技有限公司生產的基于等中心下2mm薄葉片的電動多葉準直器系統（MLC），基于154μm分辨率的a-Si高能影像引導系統（MVIGRT）和基于GPU加速的Monte   Carlo放療計劃系統（TPS）等產品已遠銷美國、歐洲、亞洲和拉丁美洲等數十個國家和地區。

醫學領域應用全面拓展

中國核醫學顯像診斷和治療技術發展迅速，全面拓展，形成了完整的臨床應用體系。根據中華醫學會核醫學分會2016年發表的《全國核醫學現狀普查結果簡報》統計，截至2015年12月31日，全國SPECT和符合線路SPECT數量超過600臺，PET和PET/CT258臺，核醫學顯像診210萬人次/年，診斷費用近7.2億美元。

在核醫學治療方面，中國的腫瘤治療機構在過去的30年里大幅增長，從1986年264家增長到2015年的1413家，詳見圖7。中國放療市場由2008年的8.4億元增長至2015年的38.8億元，年復合增速為24.42%，且放療市場增長呈現加速跡象。

圖7 我國放射醫療單位增長的情況

在公眾安全領域，X射線、γ射線、中子等探測技術已廣泛地應用于航空、鐵路、海運、公路等邊境口岸的客運和貨運安全檢查中。近年來發展起來的核磁共振、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也十分看好。大型集裝箱/車輛檢查系統等安檢設備贏得了良好的國際聲譽。

大型集裝箱/車輛檢查系統享譽海外

威視的大型集裝箱檢測系統采用先進的X射線成像或快中子/交替雙能X射線成像技術，可以近似的確定材料的質量吸收系數和有效原子序數，具有強大的物質識別能力以及優質的掃描圖像（圖8），連續4年占據國際市場份額第一位，2015年國際市場占有率達到31.6%。該系統多次參與世界重要活動，服務于首腦峰會、奧運會、世博會、博鰲亞洲論壇年會等多項國際重大活動的安保工作，裝備到全球140多個國家的海關和邊防口岸。

圖8 高能雙能圖像示例

國產CT型行李/物品檢查系統（圖9）融合了雙能材料識別技術和螺旋CT掃描技術等尖端科技，可分別獲取彩色高清三維圖像、切片圖像和透視圖像，探測固體爆炸物/液體爆炸物/毒品/檢疫性違禁品等多種類型的違禁品，實現自動報警，檢出率更高，誤報率更低。

圖9  雙能螺旋CT技術帶來高清晰的彩色三維圖像、

切片圖像和透視圖像

除了在醫學、工業、農業和公眾安全領域的廣泛應用,近年來核技術在環保領域的應用也在逐步拓展，已經應用到環境污染監測和三廢處理中。

中國第一個電子束輻射處理煙氣廢氣示范工程建于成都；利用電子加速器處理工業廢水步入產業化的初級階段，示范工程針對生物處理后的廢水進行深度處理，實現高標準直接排放，規模為2000 m3/d,印染廢水經過生物處理后，COD為150mg/L~250mg/L，色度32~64倍。再經過電子束輻照深度處理以后，COD為25mg/L~50mg/L，色度2~8倍。連續運行結果表明處理效果穩定，滿足嚴格的排放要求。

最新研制的2000m3/d的印染廢水深度處理示范裝置已在浙江投入試運行，可使廢水的COD從200mg/L降至60mg/L以下，出水色度低于10倍，處理費用為2.45RMB/m3，出水水質滿足當地直排標準。

國內外長期的研究和實踐證明，通過電子束對廢水進行輻照處理，能夠高效去除廢水中的多種污染物，在難降解廢水預處理及深度處理等領域具有獨特的優勢，被國際原子能機構（IAEA）列為“21世紀原子能和平利用的主要研究方向之一”。示范工程-電子束深度處理印染廢水-運行效果見圖10。

表4  GB4287-2012紡織染整工業水污染物排放標準

水處理電子加速器           印染廢水處理前后外觀對比

圖10  示范工程-電子束深度處理印染廢水-現場實況

傳統技術的升級改造和人民生活水平的提高在很大程度上和核技術發展緊密相關，中國有三分之一的行業與核技術緊密相關。

正如IAEA 2009年核技術評價報告所指出的：“就應用的廣度而言，只有現代電子學與信息技術才能與之相提并論。

”輻射科學和技術的這種高度滲透性、產業關聯性及其本身的技術優勢為其發展提供了廣闊空間，以美國為例，該應用領域的年產值占GDP比例達3%～4%，日本和歐洲約為2%～3%，而中國僅為0.3%。與發達國家相比，中國核技術應用產業發展潛力巨大，前景廣闊。

核技術的許多應用在很多情況下是運用它本身具有的特點和特有的能力,去解決其它領域或學科中的需求和問題。這就要求核技術的科技工作者要跨出自已的領域去和其它領域工作的專家相結合,一方面把核技術運用在那些領域中,另一方面要把其它領域的先進東西(如信息技術,大數據,人工智能等)學習過來,以進一步發展和提高核技術。

中國民用核技木60多年發展的歷程也就是堅持自主創新發展的歷程,核工業部門,中科院,高校在核科學與技術上所建立起來的設備裝置,尤其是一些大科學工程裝置,國內研發加工的制造業技木和能力都為未中國核技術自主創新發展創造了很好的基礎。

核技術應用投資規模一般不太大,建設周期比較短,收效比較快,絕大部分都是中小企業,應鼓勵民營企業家積極加入,並給以優惠政策。

我國政府相繼出臺了多項促進民用核技術應用發展的政策和法規，持續推進民用核技術應用的健康發展。

2015年，國家“十三五”規劃將核技術納入加強前瞻布局的戰略性新興產業。國家《“十三五”國家戰略新興產業發展規劃》提出超前布局戰略性產業，在核技術等核心領域取得突破。加快發展非動力核技術，支持發展離子、中子等新型射線源；研究開發高分辨率輻射探測器和多維動態成像裝置；發展精準治療設備、醫用放射性同位素、中子探傷、輻射改性等新技術和新產品；持續推動核技術在工業、農業、醫療健康、環境保護、資源勘探、公共安全等領域應用。未來，在我國實施創新驅動戰略的背景下，要進一步加大對原始創新的支持力度，持續增加對輻射科學基礎研究的投入，進而促進核技術應用產業的標準化、集約化與國際化。

核技術行業經過幾十年的發展，已達到年產值432.5億美元的規模，涉及20多個行業領域。

作為國家重點支持的戰略性新興產業，核技術本身在不斷發展，應用領域的范圍也在不斷擴大。在國家力推“核電出海”和中國核電建設快速發展的背景下，與其密切相關的核技術應用將隨著國民對核科技認知的不斷提升，逐步滲透到經濟社會的更多領域，迎來跨越式發展。

在政府的大力推動和業界的不懈努力下，中國核技術有望被打造成為繼核電之后，中國核技術“走出去”的第二張“國家名片”。（文章刊載結束）

注：本文系作者2018年10月17-19日在中國國際核技術應用產業大會（廣東東莞）的演講稿，本文有刪節。文章主要基于中國同位素與輻射行業協會2018年學術年會上的報告《中國民用核技術（輻射科學和技術）應用現狀與趨勢》。