反应堆工程研究设计所我国核技术应用发展中的“老兵新传”

柯国土 吕征

核技术应用作为核工业里的“轻工业”被广泛应用于社会经济的各个领域。国际原子能机构（IAEA）在其2009年的核技术评价报告中指出，“核技术是正在为全世界的社会经济发展作出宝贵贡献的领域……就其应用的广度而言，只有现代电子学和信息技术才能与之相提并论。”

据不完全统计，美、日等发达国家的核技术产值占GDP的3%～4%左右，其中美国2010年仅同位素与辐射技术的产值就超过6000亿美元。而我国2010年末的核技术应用产值仅为1000亿人民币左右，这既体现了我国核技术应用产业与发达国家的差距之大，又反映了我国市场发展空间之高。面对技术相对落后的挑战与无限美好的前景，中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所（简称“堆工所”）在“十二五”期间充分发挥基础雄厚、专业齐全的优势，锐意进取、厚积薄发，在核技术研究与应用中取得了一系列令人瞩目的成果，为推动我国核技术产业发展作出了重要贡献。

CARR应用平台——雏凤清于老凤声

反应堆是核技术研究与应用的重要平台，作为我国堆工领域排头兵的堆工所运营着多座研究型反应堆，是我国核技术应用研究的发祥地。进入21世纪，针对101重水堆和49-2轻水堆老化严重、超期服役的问题，堆工所及时启动了新型先进研究堆的设计与建造工作，于2012年成功建成了我国首个反中子阱型反应堆——中国先进研究堆（CARR）。

CARR是一座安全可靠、高技术性能、多用途的研究堆，核功率60MW，其主要性能指标达到世界前列、亚洲第一的水平。CARR为100%自主设计、建造和调试，在国内研究堆领域首次研制应用了多项新技术，获国家发明专利37项、实用新型专利32项，拥有完全自主知识产权。作为我国新世纪重要的核科学研究与核技术应用平台，CARR安装了26根垂直孔道和9根水平孔道，可同时满足放射性同位素及中子嬗变单晶硅、宝石、珍珠辐照改色研发、中子散射实验、中子活化分析、中子照相等核技术研究应用需求，试运行以来陆续开展了辐照生产、中子散射等应用研究，在大幅提升产能和品质的同时极大地拓展了应用领域。其中特别值得一提的是，CARR作为我国最重要的人工放射性同位素生产平台之一，具备辐照生产近百种放射性同位素的能力，可提供“不是黄金胜似黄金”的各类放射性同位素产品，创造巨大的经济价值和良好的社会效益。

CARR优异的性能指标也引起了国际核技术业界的高度关注，多家国外研究机构及公司表达了与CARR合作开展核技术研发的意愿，目前已建成中德联合中子散射实验室。可以预见，CARR平台必将在我国乃至世界核技术研究与应用领域里谱写出新的华彩篇章！

钴-60国产化——铁骑突出刀枪鸣

以钴-60放射源产生的伽马射线进行辐照加工是核技术最重要的应用之一，已广泛应用于辐射化工、医疗用品消毒、辐照食品、环境治理和新材料研发等国计民生领域。近10年来，在我国经济稳定高速增长的大好形势下，辐照加工行业年均增长率超过15%，预计未来几年的市场需求将超过目前数倍以上，逐步成长为国家经济可持续发展和人民生活水平提高的新支点。但是长期以来国内使用的强钴-60源完全依赖进口，年进口量超过数百万居里，严重制约了行业的健康快速发展。

面对国际垄断和国内工艺的相对滞后，堆工所迎难而上，在发改委批复的第一批民用非动力核技术高技术产业化专项计划支持下，联合中国同位素有限公司、秦山核电等单位开展了钴-60国产化技术研发工作。2010年建成国内首座钴-60放射源生产线，配备3个屏蔽能力为10万居里的热室和2个贮存能力为1000万居里的水池，攻克了钴-60源生产中钴棒束解体、钴源封装、焊接、检漏、去污和标定等核心技术，成功研制出了CN-101型工业辐照用钴-60源，首批国产钴-60放射源于2010年10月成功下线并投放市场，填补了国内空白，一举扭转了强钴源完全依赖进口的被动局面。国产钴-60放射源安全使用期限超过15年，各项技术指标达到或超过国际同类产品水平。目前年生产能力已达到1400万居里，满足国内市场需求的同时也将成为国际市场的“黑马”，吹响“中国制造”进军世界钴-60放射源市场的号角！

中子管研发——小荷才露尖尖角

与连续发射伽马射线的钴-60源不同，中子管是一种只有通电才能发射中子的II类射线装置的核心元器件，其特点是发出的中子是断续可控的。中子管广泛应用于石油测井、煤质分析、集装箱检测、爆炸物及毒品检测、核材料和核武器识别及中子照相和辐照养殖等领域，是一种安全、便捷的中子源。由于其所使用材料的特殊性，国内仅两到三家单位开展过相关的研制工作，但是研制出的中子管均不同程度地存在寿命短、性能不稳定等问题。而从国外进口，一方面价格非常昂贵，另一方面还有可能受到核材料管制的约束。

堆工所在完成国家科研任务的同时，一直非常重视科研成果的孵育和转化。“十二五”初期，堆工所敏锐地捕捉到了中子管市场的需求，立即自筹资金，组织科研人员开始中子管产品的研制。利用多年处理核材料形成的雄厚技术实力和资源储备，在短短的两年内连续攻克了高真空密封、氘氚充装、焊接与绝缘等关键工艺，成功研制出了SNT-DT25和SNT-DT50两种型号的中子管。这两型中子管体积小、性能稳定，中子产额可达5×108n/s，寿命大于300小时，技术指标接近国外同类产品，但价格仅为国外产品的1/2左右。中子管研制成功的消息一经报道，立刻引起了国内客户的高度关注。目前堆工所正在进一步开展工艺优化和产品型谱化工作，力争在短期内全面满足国内市场需求，为我国百花齐放的核技术产业再添一朵怒放的奇葩！

医院中子照射器——映日荷花别样红

堆工所于上世纪80年代自主设计建造的微型中子源反应堆（简称微堆）是一种安全、高效、简便与经济的核分析工具，可供城市医院、大学及研究机构开展中子活化分析、短寿命同位素生产、仪器仪表考验和教学培训。微堆具有良好的固有安全性，仅需一个操纵员即可在2分钟内启动反应堆并使之达到满功率运行，为各种应用提供稳定的中子束流。由于其系统设备简单可靠、操作方便、寿命长、建造和运行费用低，深受国内外客户的欢迎，堆工所先后为国内外用户建造了8座商用微堆，截止目前已经累计安全运行超过150堆年。

本世纪初，中国工程院周永茂院士结合国外核医学发展动态，根据微堆的优良特性，创造性地提出了将微堆低浓化后建造医院中子照射器，用于硼中子俘获治疗肿瘤（BNCT）的设想。与传统的手术和放疗相比，该方式在神经胶质瘤等不规则形状肿瘤的治疗方面极具优势，是近年来国际核医学研究的热点。堆工所联合北京凯佰特科技有限公司、中国中原对外工程有限公司共同合作开发成功国内首座也是国际上唯一一座专门用于硼中子俘获治疗的医院中子照射器。“十二五”期间，在北京市科委等支持下，完成了动物试验、治疗软件开发及药物研制等工作，有望在不久的将来造福人民。目前堆工所仍在周永茂院士指导下开展将医院中子照射器装在船上的有关研发和设计工作，该设想与IAEA也进行了多次沟通，期望有朝一日我国的核医疗船开到世界各地，造福世界各国人民！

“不畏浮云遮望眼，只缘身在最高层”，堆工所在开创我国核工业、奠定我国核大国地位的光辉历程中创造了辉煌的历史业绩，积淀了雄厚技术实力和宝贵的精神财富，成为国内堆工领域的领军企业。在新时期核技术应用蓬勃发展的大好形势下，堆工所将继续秉持以身许国、敢为人先、严谨求实的精神，瞄准国际发展前沿，服务国内市场需求，以创新驱动发展，在核技术研究与应用领域中再创辉煌！