中国核技术应用产业年产值有望于2023年突破万亿
以下文章来源于科技导报 ，作者刘蕴韬、安世忠等
当前中国的核技术应用水平与国际先进水平虽然有一定差距，但是随着反应堆、加速器等技术的迅速发展，中国的核技术应用也获得了飞速发展。
本文聚焦于核技术应用领域中射线产生装置、放射性同位素技术、核探测技术，概述了电子加速器、质子/重离子加速器、中子发生器等重要射线产生装置与放射性同位素制备、放射性药物、放射源以及核探测技术等国内研究现状，分析了国内射线装置与放射性同位素技术的发展趋势及前景。
核技术应用是指非动力民用核技术，又称为同位素与辐射技术，是利用同位素或射线产生装置释放产生的各类射线与物质发生相互作用，通过分析或者利用与物质相互作用产生的各类物理、化学、生物等效应，进而用于众多实际应用，探索自然、造福人类的一门学科。
中国的核技术起步较晚。1958年中国原子能科学研究院（以下简称原子能院）建成了中国第1座重水反应堆和第1台回旋加速器（即“一堆一器”），开创了中国核技术应用的先河。
原子能院依托重水堆成功生产出了24Na、32P、35S、60Co等33种放射性同位素，并于1978年首次利用回旋加速器制备出了放射性核素钋-208。
20世纪80年代以后随着反应堆、加速器等技术的迅速发展，中国的核技术应用也获得了飞速发展。
中国核技术应用产业自“十三五”正式纳入国家加强前瞻布局的战略性新兴产业，展现了巨大的发展潜力和经济效益及不可估量的社会效益。按照15%~20%增长速度计算，中国核技术应用产业的年产值有望于2023年突破万亿。
核技术应用保持快速增长势头，是经济增长的重要力量，在国民经济中扮演着重要角色，在医学、农学、工业、公共安全领域、环境保护等领域的应用中发挥了越来越重要的作用。
国内核技术应用现状
射线产生装置
射线产生装置主要为电子、质子/重离子、中子、γ射线等各类射线的产生的装置，主体设备为加速器装备。
中国现有约7000台各种类型的加速器，应用于工业领域的无损检测、辐照加工，医疗领域的辐射消毒灭菌、放射性医用同位素生产、癌症治疗等，农业领域的辐照育种等。
电子加速器
医用电子直线加速器
放疗用电子直线加速器的能量大多在6~20 MeV，其中6 MeV能量的加速器在剂量率、剂量场分布、整机尺寸与价格上都比较平衡，是最广泛使用的机型。
中国现约有2000台用于肿瘤治疗的电子直线加速器，其中约80%为进口设备。目前有20多家单位可以生产放疗加速器，其研制与生产能力比较全面，能够开发所有医用能量档的电子直线加速器。
辐照/无损检测电子直线加速器
辐照用的电子直线加速器通常采用射频加速结构，能量2~10 MeV，束流功率一般在10~150 kW。无损检测领域，电子加速器是产生高能X射线的主流设备，能量从0.5~15 MeV不等。
目前中国在用高能电子辐照加速器约有80余座，约有550余台中能电子加速器服务于工业辐照加工，并在继续以每年15%左右的速度增加。
目前国内生产的无损检测设备，不仅满足了国内的需求，也在国际市场上占有相当大的份额。
2017年，中国制定的首个通用仪器国际标准无损检验用电子直线加速器发布，标志着中国无损检验加速器技术和产品进入国际领先行列。
辐照高压加速器
中国现有约800台高压型电子加速器应用于辐照加工，并以每年30~40台的速度增加，其中主要是国产装置。
国内不同单位研发了生产不同能量的系列高频高压型加速器，此外多个单位先后研制过电子帘加速器。
目前国内梅花瓣形加速器主要来源于进口，国内科研单位和企业曾开展研发工作，尚未形成产品。
质子/重离子加速器
质子和重离子放疗加速器
质子和重离子放疗凭借其布拉格峰和生物学效应上的优势，成为国际放疗领域的研究热点。
目前，我国研制的武威碳离子治疗装置已获“第三类医疗器械”注册证且开始治疗病人，正在建设多家重离子治疗中心；基于同步加速器的质子治疗装置，已经开始临床试验。
原子能院正在开展基于230 MeV超导回旋加速器的质子治疗装置研发，同时与华中科技大学联合开展基于250 MeV超导回旋加速器的质子治疗装置的研制。
中国科学院合肥等离子体研究所和俄罗斯联合核研究所合作，研发的基于200 MeV超导回旋加速器的质子放疗设备，目前已经调试出束；北京大学重离子所也开展了基于激光加速的质子治疗加速器的研制。
医用同位素生产加速器
目前，中国共有PET小型医用回旋加速器160多台，主要依赖进口。
此外，中国原子能科学研究院成功研制了10 MeV、14 MeV、30 MeV等系列能量强流小型回旋加速器，用于PET医用核素生产。
工程物理研究院自主研制的11 MeV小型医用质子回旋加速器，已经进入到产业化阶段。
原子能院已成功研发了100 MeV强流质子回旋加速器，在国内首次生产出225Ac核素，且为意大利INFN实验室设计了一台同位素生产专用的70 MeV的强流质子回旋加速器。
硼中子治疗（BNCT）加速器
中科院高能所研制成功了基于3.5 MeV强流RFQ质子加速器的硼中子俘获治疗（BNCT）实验装置，并与东阳光集团开展合作推进产业化；南京中鹏采用进口的2.5 MeV/10 mA 高压加速器，开展BNCT治疗装备的研发。
原子能院也建成了用于BNCT的14 MeV/1 mA强流质子回旋加速器装置。
中子发生器
原子能院和工物院分别建成了中子发生器，其D-T中子产额在1011 n/s量级，兰州大学和中国科学院核能安全技术研究所分别建成了产额达到1012 n/s量级的D-T中子发生器。
原子能院也开展了紧凑型中子发生器的研究，其D-D中子产额达到了107 n/s量级。
同位素技术研究现状
放射性同位素制备技术
反应堆产同位素制备技术
受反应堆运行模式、辐照能力等因素的影响，对于反应堆产同位素，国内尚未建立自主供应体系，自2002年以来大部分同位素主要依赖于进口，不过这种局面近年有所改观。
在同位素制备技术的研发方面，原子能院已经打通了LEU靶件生产裂变99Mo的工艺流程，并完成了居里级工艺验证，正在策划工程化技术研究。
中国同辐股份有限公司与秦山核电站联合正在开发高比活度医用60Co的制备技术。秦山核电站已开启生产14C的AlN靶件辐照。
加速器产同位素制备技术
对于常规医用正电子核素，依托国内生产厂家与各大中型医院配备有160多台小型医用加速器，国内已能满足临床需求。
随着国内核医学科的发展以及小型回旋加速器可得性的增加，新型医用同位素的制备技术也得到了快速发展。
而受高能粒子加速器的可得性限制，中国对于治疗用核素制备技术处于起步阶段，明显落后于国际先进水平。
放射性药物制备与应用技术
目前中国已经具备涵盖口服溶液剂、口服胶囊剂、注射液、配套的注射用冻干药盒等多种剂型产品的批量化生产技术，同时近年逐渐加强原创放射性药物的研发并取得了一些进展，预计2025年中国放射性药物的市场规模将超过100亿元。
放射源制备与应用技术
中国从20世纪中期开始，陆续研制成功了20种放射源产品供国内应用，近年又实现了工业辐照60Co源和医用伽玛刀60Co的国产化。
在同位素电源制备方面，2018年，中国首次利用热源制成了瓦级同位素电源产品，大功率电源仍处于研发阶段。
中国氚光源研制仍处于科研试制阶段，研制的光源样品外形和型号规格方面距离国外成熟产品仍存在差距，且国内不具备批量生产能力。
探测器技术
在气体探测器领域，微结构气体探测器MPGD近年来发展迅速，气体电子倍增器（GEM）、Micromegas等在质子、中子能谱测量等核领域都有新的应用；高时间分辨的阻性板室MRPC/RPC探测器研究取得了长足进步，高计数率MRPC探测器指标国际领先。
在闪烁体探测器领域，NaI闪烁体、BGO、硫化锌等已经实现批量化生产，塑料闪烁体、液体闪烁体等方面形成规模化产能，新型闪烁晶体成功应用于伽马/中子谱仪、X射线成像以及康普顿成像等系统中。
在半导体探测器领域，原子能院开展了相关化合物半导体探测器研究；迪泰克公司实现CZT晶体产业化，探测器材料销往国外。
中国核技术应用发展趋势
射线装置
目前中国具备所有医用能量档电子直线加速器的开发能力，在辐照加速器领域，S波段直线加速器的综合性能达到国际先进水平且已出口到国外，各类高压型电子辐照加速器的产品质量不断提高并形成了系列化产品；在无损检测加速器领域，研制水平引领国际发展，相关设备已在国际市场上占有相当大的份额。
在辐照加速器领域，国内在电子直线加速器的功率和自屏蔽与国外差距较大，且核心器件主要依赖进口，国产器件性能有待进一步验证和考验。
目前需要创新发展更大功率的电子直线加速器技术；加大对无损检测技术的投入，加强产学研结合，力争引领世界无损检测加速器领域的发展。
目前癌症治疗质子加速器基本上被国外公司垄断，但中国质子和重离子加速器癌症治疗装置近期发展很快。未来亟需在国产化的设备研发和产业化上努力，并且从控制、易操作、稳定性等方面大力提高质量。
在同位素生产射线装置方面，强流质子回旋加速器的国内市场主要被国外产品占领。中国已经掌握了医用回旋加速器的核心技术，用于同位素生产的回旋加速器现已具备国产化的能力，未来亟需在国产化的设备研发和产业化上努力。
在高压加速器方面，欧美等对中国进口加强了限制。国内已有公司已经开展了高端离子注入机的研发工作，逐步在一些工业生产中发挥重要作用。
放射性同位素技术发展趋势
目前已有多家机构正在论证辐照设施反应堆与加速器的建设，预计2027年中国将实现部分常用反应堆产同位素的常规化生产，2030年将建立中国稳定的放射性同位素自主供应体系。
一些新型治疗用放射性同位素的成熟制备技术将开发，数个放射性药物研究中心将建立，一批原创性放射性药物尤其是新型治疗用放射性药物将成功研发并应用于临床。
放射源应用将呈纵深发展特点，更多同位素热源与电池将应用于深海深空探测中。
结 论
目前，中国的核技术应用研究非常活跃，技术发展很快。中国政府高度重视放射性同位素技术的发展，也吸引了大量资本的关注，核技术应用迎来了发展的大好时机。
辐照和无损检测等电子加速器综合技术达到了国际先进水平，国产高功率速调管投入使用，部分产品在国外占据了一定市场。
在加速器领域，主导制定中国通用核仪器领域多个国际标准，核技术应用产品质量和标准化体系建设逐步完善；具备所有医用能量档电子直线加速器的开发能力；多台质子和重离子治疗加速器应用于临床或正在安装，重离子治疗治疗装置开始进入产业化；放射性医用同位素生产的回旋加速器陆续进入国内市场；高压型加速器开始实现自主生产。
中国小型中子发生器起步晚，还没有形成系统和规模，技术能力相对与欧美来说还比较落后，处于跟随和追赶的阶段。
在放射性同位素生产领域，研究堆开始恢复部分医用放射性同位素的生产，具有小批量生产89Sr、125I、131I、177Lu的能力；医用放射性同位素制品的研制生产体系已初步形成，一百多台专用加速器用于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；中国首个医用钴靶件经辐照后在秦山核电重水堆1号机组顺利出堆标志着我国通过自主研发成功掌握了医用60Co生产技术，成功实现国产化。
在核探测与核电子学领域，微结构气体探测器MPGD发展迅速，高计数率MRPC探测器指标国际领先，NaI闪烁体、BGO、硫化锌等闪烁体探测器实现批量化生产；针对不同的核辐射探测器研制了多种ASIC芯片，所采用的半导体工艺已经进入到0.25、0.18、0.13 μm乃至65 nm。
但同时，国内放射性同位素规模化生产水平低，大部分同位素仍主要依赖于进口；对原创性放射性药物的研究力度不够，获批的上市药品品种少。
从管理层面来说，建议对同位素生产设施的建造、放射性同位素生产与使用的监管适度松绑，以便将国家利好真正落地，从而更好地促进同位素制备与放射性药物的发展。
从技术层面来说，建议聚焦于短板技术与瓶颈技术，成立专项攻关小组，逐项解决，以点带面，真正促进核技术的发展。
本文作者：刘蕴韬，安世忠，梁积新
作者简介：刘蕴韬，中国原子能科学研究院核技术综合研究所，研究员，研究方向为核技术应用。
论文全文发表于《科技导报》2022年第11期，原标题为《核技术应用现状及发展趋势》，本文有删减。
