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變“輻”為“福” 我們身邊核技術正在造福生活
文章來源:系統管理員 日期:2019年08月26日

  核能作為人類歷史上的一項偉大發現,應用領域非常廣泛。我們在民用領域常說的是核電站。其實,核能不僅可以給我們提供清潔的電力,還可在環境保護、工業、醫療健康、農業等諸多領域造福于民。

  核技術應用作為近年來發展迅速的戰略新興產業,被稱為核工業中的“輕工業”,已廣泛融入我們的生活之中。

  “核技術應用,是利用放射性同位素和電離輻射與物質相互作用所產生的物理、化學及生物效應來進行應用研究與開發的技術。在環保、材料和食品加工方面,都有廣闊的應用前景。”在中核集團第五屆“核你在一起”科普開放周活動期間,中國原子能科學研究院院長薛小剛介紹,特別是原子能院利用核技術助力“健康中國”、“平安中國”、“美麗中國”,取得了一系列成果。

  核技術助力“健康中國”

  為患者量身定制“深水炸彈”

  習近平總書記在十九大報告中指出,實施“健康中國”戰略,強調把人民健康放在優先發展的戰略位置,從經濟社會發展全局統籌謀劃加快推進“健康中國”建設。

  質子治療被看作是未來最有發展前景的治癌手段之一。今年年初,罹患癌癥的世界羽壇最佳男單之一、某羽毛球名將,通過質子治療重返訓練場的消息,使得質子治療又一次進入了大眾的視線。

  質子治療,這項聽起來“高大上”的醫療技術,其實在業內已是炙手可熱。作為目前最先進的癌癥放療手段之一,質子治療與傳統放療手段相比,其副作用更小。

  質子治療利用質子束精準的傳輸特性,為患者的治療方案進行“量身定制”。通過精密儀器將照射劑量精準定位在腫瘤位置,如“深水炸彈”般,到達一定深度接近目標時“定點爆破”,射程前段釋放極少能量,經過“定點”后能量迅速減小,將前后兩端正常組織收到的劑量減小到最低值,從而以最小副作用,取得最好“殺敵”效果。

  原子能院正在研發的230MeV超導回旋加速器,便是可造福廣大患者的質子治療加速器。從建成我國第一臺回旋加速器開始,近70年來,原子能院在國際回旋加速器界占有重要地位,在緊湊型強流回旋加速器方面技術較為領先。10年前,原子能院建議研究230MeV回旋加速器,通過基礎研究立項啟動設計工作,推動超導質子回旋加速器應用到我國醫療事業中,著手開展質子治療設備的預先研究。d to Low Energy

  2013年,中核集團“龍騰計劃”一期立項研究質子治療的關鍵技術;2016年,230MeV超導回旋加速器樣機建造獲批;2018年,加速器核心部件——高頻腔系統通過源地驗收,標志著中核集團全面掌握該加速器設計和制造技術。目前,加速器主體設備已建成,超導強場達到設計要求,設備處于調試階段。

  如今,世界質子治療產業正呈現蓬勃發展之勢,美、歐因起步早、技術成熟,已走在全球質子治療前沿。我國國產醫用加速器起步晚,離實現臨床應用、造福廣大癌癥患者還有一段路要走,有許多難關攻克。在今年兩會上,萬鋼建議,要堅持質子治癌自主化、國產化,其最終目標是讓普通老百姓受益,隨著診斷治療癌癥技術的不斷發展,相信不久的將來,更多患者將得到實惠。

  核技術在醫學上的應用,還有一大領域是放射性藥物。放射性藥物是含有放射性核素、用于醫學診斷和治療的一類特殊藥物。放射性藥品在診斷、治療疾病上具有不可取代的獨特優勢。

  作為我國最早的放射性同位素科研單位,以及放射性同位素及其制品研究、試制、開發的主要基地,原子能院于1958年試制成功我國第一批放射性同位素。

  20世紀90年代完成99mTc放射性藥物研究項目,解決了高純醫用裂變鉬-99提取技術、锝-99m發生器的制備、兩種新型锝-99m顯像藥物的合成以及锝-99m藥盒的制備等關鍵技術,建成了鉬-99料液生產和高活度锝-99m發生器以及藥盒制備生產線,生產工藝和產品的技術指標均達到國際同類產品先進水平,結束了我國裂變鉬-99料液和锝-99m發生器和锝-99m藥盒依賴進口的局面。該成果于1998年獲得國家科技進步獎一等獎,也是目前放射性同位素領域唯一的國家一等獎。

  目前,原子能院已掌握主要醫用同位素制備及針對各類靶向分子、單抗等的標記合成、質控分析以及藥物代謝評價技術,形成了放射性藥物的一整套研發體系。此外,原子能院與中國人民解放軍軍事醫學科學研究院毒物藥物研究所在國家新藥創制項目支持下,共建了14C、3H、32P、125I等同位素標記聯合實驗室,立足于國家創新藥物研究的迫切需求,服務于藥代動力學和藥理學研究。

  核技術助力“平安中國”

  “打怪升級”當好“核警察”

  隨著核技術應用的發展,利用核技術進行反恐安檢在全世界的社會安全領域起著越來越關鍵的作用。其中X、γ射線檢測儀、CT安檢機、通道式X光檢查系統等已應用于機場、火車站、法院、會議等場所,用于實現對行李包裹的不開包檢查以及人體攜帶毒品、危險物品等的檢查;目前核技術應用裝置已在世界各地社會安全領域得到了廣泛的應用,并且起著十分重要和不可替代的作用。

  原子能院在核技術應用領域有著多年的技術積累和積淀,在國際恐怖形勢日趨復雜和嚴峻的背景下,在核技術應用領域不斷取得創新成果轉化,陸續研發了反核恐怖、反爆炸恐怖、反生化恐怖三個領域的系列反恐裝備,在公共安全領域得到了廣泛應用。同時還積極開拓海外市場,目前已有三種核反恐安檢產品出口到坦桑尼亞、烏干達等國家,供維和部隊使用,為保障國際社會的安全貢獻了一份力量。

  核技術屬于新興的反恐安檢技術,近幾年才得到批量應用。行人/行李放射性物質檢測系統是原子能院最早研發的核輻射探測裝置,用于探測行人/車輛非法攜帶放射性物質,預防核與輻射恐怖活動的發生。該裝置體積小巧、靈敏度高、反應迅速、機動性強、數據無線傳輸,使用靈活便捷,在公共安全領域、核設施中得到了廣泛應用。此外,低輻射車輛檢查系統,也就是我們常說的“綠通”,其作為綠色、環保、人性化的系統,借助高靈敏探測器陣列、傳感器以及自動處理與分析模塊,可實現對各種型號車輛的快速、無損、不開箱檢查。

  中國原子能科學研究院的反恐安檢產品及服務已進入民航、海關、鐵路、公路、城市軌道交通、公安司法、大型活動賽事等眾多領域,助力客戶保障國家安全和人民生命財產安全,得到用戶的廣泛認可,為我國公共安全作出了重要貢獻。我們的產品具有靈敏度高、穩定有效、抗干擾能力強的特點,被反恐安檢專家譽為“核警察”。

  除了通道式行人/行李放射性物質檢測系統,原子能院其他核安保設施也在國際市場得到了廣泛應用。2002年和2008年,原子能院分別向柬埔寨和阿富汗出口了4套集裝箱檢測系統。2012年,原子能院分別向坦桑尼亞和烏干達出口了便攜式核素識別儀15臺、多功能安檢門10臺和通道式放射性物質檢測系統10臺。2016年,國際原子能機構核安保處將原子能院捐贈的檢測設備轉贈給馬來西亞原子能許可委員會,供其開展核安保工作,并于2017年服務于東南亞運動會。

  核技術助力“美麗中國”

  核解霧霾保護綠水青山

  2013年初以來,中國發生了大范圍持續灰霾天氣,霧霾已成為影響人民正常工作生活和身體健康的頑疾,成為國人關注的頭等大事。2017年《政府工作報告》中號召:“堅決打好藍天保衛戰……治理霧霾,人人有責,貴在行動,成在堅持。”

  熱力是冬季人民生產、生活的必需品,冬季供暖是關系到國計民生的大事。我國冬季供暖范圍覆蓋了17個省、市、自治區,采暖人口達到7億以上。根據國家統計局預計,我國供暖面積到2020年將達到129億平方米。目前,我國供暖能源結構依然以煤炭、液化氣等化石能源為主,供暖系統中有60%以上的熱源來自于燃煤鍋爐或燃煤的熱電產生。

  研究顯示,導致我國近年來霧霾頻發的主要原因,是由于化石能源消費帶來的大氣污染物逐年增加,特別是進入冬季,供暖燃煤造成大量污染物的排放,將“供暖季”變成了“霧霾季”。霧霾形成的機理,目前的認識仍不系統、完整。但可以確定的是,二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物是霧霾的主要成分。這些污染物是形成霧霾的“源頭”,同時,氣象條件又是產生霧霾的“幫兇”,一旦污染物在長期處于靜態的氣象條件下積聚,就容易形成霧霾天氣。

  為落實國家綠色低碳的能源發展戰略,解決大氣污染問題、趕走霧霾打贏藍天保衛戰,中核集團原子能院積極開展核能供熱技術研究,推出了專用供熱小堆——燕龍泳池式低溫供熱堆。

  燕龍,近乎于零污染排放,讓藍天更藍,還可以讓民心更暖。一座400MW的“燕龍”,供暖建筑面積可達約2000萬平方米,可溫暖20萬戶(約60萬人)三居室。

  燕龍是中核集團在泳池式輕水反應堆(49-2堆)50多年安全穩定運行的基礎上,針對北方城市供暖需求開發的一種安全經濟、綠色環保的堆型產品。技術成熟,低溫常壓運行,無需廠外應急,可貼臨城市建設,具有“零”堆熔、“零”排放、易退役、投資少等顯著特點,而且選址靈活,內陸沿海均可,非常適合北方內陸,使用壽命為60年。

  發展泳池式低溫供熱堆,中核集團制定了“演示驗證-示范工程-商業推廣”三步走戰略。2017年11月28日,中核集團完成了第一步:在原子能院啟動的供熱演示項目——泳池式輕水反應堆(49-2堆)實現安全連續供熱168小時,這充分驗證了泳池堆供熱的可行性和安全性,也標志著中核集團在核能供熱技術領域取得突破性進展,為后續的池式低溫供熱堆型號設計研發提供了強有力的技術支持。

  49-2堆是我國自主設計建造運行的第一座反應堆,50年多來,為“兩彈一艇”研制,為我國各種動力堆、生產堆的研制做出了重要貢獻;在材料考驗、同位素生產、單晶硅開發輻照、科研樣品輻照試驗和核電技術服務等國民經濟多方面取得了突出成績。如今又在核能供熱、造福人類、建設“美麗中國”方面繼續發揮作用。目前,“燕龍”泳池式低溫供熱堆初步設計和初步安全分析報告均已完成。

  與此同時,原子能院還積極利用核技術對霧霾污染源解析研究。就大氣污染來說,多年來我國只注重大氣顆粒物監測,而放松了污染源解析研究。大氣顆粒物組成是什么,哪里來的,各種污染源分擔率是多少……要弄清楚這些問題就需要開展大氣污染源解析,對PM2.5組分和來源準確分析。

  開展此項工作,關鍵是要有高靈敏、高精確的分析技術。作為中國核工業的綜合性核科研基地,原子能院針對國家大氣污染防治的重大需求,組建了核技術用于大氣與環境污染研究團隊,利用我院同位素測試、多元素非破壞分析、激光等離子體在線分析以及單顆粒物等核分析先進設備和技術開展了基于核技術的大氣顆粒物來源解析研究。

  中子活化分析技術是進行大氣顆粒物分析的方法之一。該分析方法可以在不破壞樣品的情況下準確測定顆粒物中40多種元素成分和10余種同位素的比值,具有高準確度,高靈敏度的特點,最好地滿足了大氣顆粒物多元素分析的要求,其精準性被譽為顆粒物核分析技術的“狙擊槍”。

  1994年國際原子能機構(IAEA)組織了一個全球性的“大氣污染監測和評價中的核分析技術”國際合作合同項目(CRP),原子能院以中子活化分析技術申請并獲批。自1994年以來原子能院一直與IAEA/RCA合作進行大氣污染源解析研究,在污染源解析、源追蹤、灰霾成因等研究中取得了重要成果。

  加速器質譜技術(AMS)是實現大氣顆粒物精確源解析的有效方法,它是利用大氣顆粒同位素信息實現大氣顆粒物的精確源解析,可適用于針對環境樣品快速乃至在線的測量,可以進行PM2.5精細源解析、形成機理和毒理學等方面的研究工作。為此,原子能院研制了擁有自主產權的加速器質譜裝置,利用此裝置成功開展了北京、深圳等地大氣顆粒物源解析,不僅為研究大氣顆粒物來源及防控提供了關鍵技術。

  保衛藍天、保護綠水青山,核技術沒有缺席,更沒有掉隊!核技術與霧霾之間,注定有一場精彩的戰役。用核技術消解霧霾,過程或許艱難,但未來一定可期!

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