为铀而生

蔡巧玉

四十年来同一梦

荒郊野外，风餐露宿，岩石嶙峋，杂草丛生，走在深一脚浅一脚的崎岖山路上……深刻的记忆是一种奇妙的镜像。时至如今，在东华理工大学副校长汤彬教授的梦境中，还时常会出现自己当年在野外随队勘探铀矿时的情景。那个时候，他还是个年轻小伙子，总是一马当先地冲在前面。当手中的伽马仪从有节奏的“嘎巴、嘎巴”声变为急促的“嘎嘎嘎嘎”声时（代表探测到岩石里存在铀元素），他便难以抑制住自己的兴奋。

这种兴奋的劲头，往往在汤彬从梦中醒来之后许久也难以散去，这是他青春岁月里难以忘怀的一种印迹，已经深深地铭刻在他的骨子里。一辈子只为一件事！从当年风华正茂的小伙儿到如今已经年近花甲的“老将”，从20世纪80年代由老前辈们带领着一路摸索到如今自己成为团队的“定海神针”，而指引着后来者们向前钻研，四十年来同一梦，汤彬为使我国甩掉“贫铀少铀”的帽子，一直在我国钻孔快速探铀的核勘查技术体系創立、大型/超大型铀矿从无到有的重大突破与铀资源增储、民用核技术产业发展壮大的道路上风雨兼程，砥砺前行，走出了一条铀矿勘探技术的精进之路。

铀是一种稀有金属，由于其核裂解时能释放出巨大的能量，从而成为核武器的主要原料，是国防军工和核能发电不可缺少的战略资源，关系到一个国家的国防安全和经济发展。正因如此，铀矿勘探和开发一度是比较敏感和机密的话题，早些年间，一谈到“铀”，甚至会用“有用金属”或者神秘字母来代替。

找铀矿难，给铀矿定量更难，这在当时是业内公认的事实。20世纪80年代，当时的技术与设备只能判断一个地区是否藏有铀矿，至于储量多少则无法现场得知。据汤彬回忆，当时国内勘探铀矿的场面基本是这样的：勘探队将矿石样品送进随队而建的化学分析室，等到实验室分析出结果，再告知勘探队。这一过程需要一到两个星期。他说：“受此制约，我们国家找到一个铀矿，再把储量算出来的话要少则3？5年，多则10余年，而更深层次的影响是，对于我国地下究竟蕴藏着多少有望开发的铀矿产资源量缺乏快速的评估手段。”

究其原因，汤彬表示：“是早期我国铀矿定量主要依赖钻孔岩芯化学分析法，该法难以回避钻孔取芯效率低、矿样分析周期长、边界圈定误差大、铀矿定量成本高‘四类缺陷，即便在引进苏联γ测井平均含量法之后，铀矿勘探人员仍然受到该法的‘三种不能困扰——不能细分矿层、不能区分非矿夹层、不能现场铀矿定量。而同期，美国等发达国家采用的GAMLOG法关键技术和仪器设备则对我国进行着严密的封锁。”

铀矿对于一个国家的战略发展具有不言而喻的影响。所以，自主研发快速、经济、准确、实用的铀矿定量现场方法及其相关的核辐射探测关键技术，对于甩掉“贫铀国”的帽子、保障核安全具有重大意义。如果不能解决这些方法技术上的瓶颈，就意味着我们改变不了被别人“卡脖子”的窘境。

汤彬对此看在眼里，急在心中。为解决这一技术性难题，缓解被动局面，提高我国铀资源储量，汤彬和他的团队历经了30余年的持续攻关，克服了无数个艰难险阻，在可借鉴经验非常有限的情况下，一点一滴在自我摸索中研发出铀矿勘查的核辐射探测技术，还将该技术广泛应用于环境辐射检测、核应急等领域，在一定程度上解决了我国快速铀矿勘探、准确铀矿定量的技术性难题。

“医用的辐射探测可以将看不见的东西变成看得见，如用X光给人体拍片。钻孔探铀的核辐射探测是给钻孔周边的岩石‘拍片，将地底下看不见摸不准的铀矿变成看得见，还能知道铀的含量和分布。”汤彬用了这样一个形象的总结，“我们虽然在时间上比发达国家晚一点，但在技术突破上尽量往前赶，并且要具备自己的特色。”

汤彬团队的创新性研究成果之一，基于钻孔γ辐射总量及全谱的铀矿定量分层解释理论与方法技术，就是在钻孔中用γ射线给岩石“拍片”，它可逐点解析沿钻孔轴线的地层岩石铀含量分布，可替代确定铀含量的钻孔岩芯取样与化学分析等常规方法，解决了利用测井结果快速定量和准确评价矿产资源的世界性难题，对估算我国铀资源储量，提高铀矿勘探效率，节省铀资源定量成本有重要意义。目前，基于γ辐射总量测井的五点式反褶积分层解释技术已成为我国铀矿定量的标准方法，该方法被国家核行业标准《γ测井规范》（EJ/T611）采用达20余年。

“通过项目的实施，打破了国外封锁，创立了我国独有的铀矿定量体系，研发的系列核心技术与成套仪器设备填补了多项国内空白。”汤彬说，通俗点讲，通过普及这项技术，如今在野外勘探地已能现场实现即时判断出此地是否藏有铀矿，还可计算铀矿储量。

今日的铀矿勘探，只需将一根内置电路板和探测器的钢管用电缆连接吊入钻孔井内，通过铀矿释放射线的原理寻找铀矿，地面的工作人员就能根据地面仪器显示的实时数据判断出铀矿的深度和规模。“这个过程如今可以用分钟计！”汤彬表示，如此一来，就省去了随队建实验室，也不需再花费一两个星期的时间苦等分析结果。自分层解释方法被确定为我国铀矿定量的标准方法以来，我国新增的2/3以上铀资源储量估算已全部使用了该方法，相关的配套技术与设备还在国防及重大工程中被广泛应用，产生的节支总额近百亿元之巨。

另外，汤彬团队还首创了有限面源替代无限面源的大型γ辐射仪校准方法，创建了地表不同高度的天然核素比活度与环境辐射剂量率的换算方法及换算图表等关键技术，解决了地面校准大型γ辐射仪的世界性难题；创立了氡室氡浓度动态稳定的辐射测量模型，研建了“Rn/Tn混合”“一源多体”等氡室/钍射气室计量标准装置，制定了新的《测氡仪检定规程》，建立了核行业与社会公用氡计量标准，并独创了高压电晕放电氡子体采样方法，解决了瞬时测氡技术难题。

汤彬和团队还针对核与辐射安全备受关注的这一问题，在此前的基础上不断创新，研发出了环境核辐射探测的关键技术，建立了相关技术标准，用于检测环境是否存在放射性污染，解决了环境辐射监测、反核恐与预防核污染等领域的放射性实时在线监测、快速检测、核素识别等难题。如今，这一项技术在核电站、机场以及海关等多处得到应用，打破了民用核仪器的国外垄断。汤彬团队研制并产业化了以通道式放射性监测为代表的系列化专用型核辐射探测仪器设备。目前通道式放射性监测系统已在全国各海关、出入境口岸、金属回收和熔炼企业等单位销售500余套。目前5大系列20余种民用核仪器在环保、海关、边检与出入境口岸得到了广泛应用。

汤彬作为这一领域的先驱者和探路者，带领团队用了30年的时间赶上了国外百年的进程，依靠的正是中国核技术人迎难而上的精神和艰苦卓绝的付出。在2016年度国家科技奖励大会上，由东华理工大学牵头，汤彬作为带头人联合核工业航测遥感中心、上海市计量测试技术研究院、贝谷科技股份有限公司等开展的“面向铀矿与环境的核辐射探测关键技术、设备及其应用”項目由于攻克了铀矿勘探从定性到定量的诸多难题，打破了国外技术封锁和仪器产品垄断，对提升核工业自主创新水平、保障国家能源安全、推动战略性新兴产业更好更快发展具有重要意义而摘得国家科技进步奖二等奖的殊荣，可谓实至名归。

十年面壁图破壁

铀作为一种放射性化学元素在国防、工业、科研中都有着极其重要的地位。全世界拥有核武器的国家很少，但核工业国家却在不断地发展，随着时代车轮的滚滚向前，核能也由单纯的军事型转变为民用型，核电站就是这种转化的典型代表。目前世界上各国的核电站原料能源都采用铀，从而让各国更加重视对铀的开发和利用。

没有最好，只有更好，科学自然也没有止境。我国从一度被国际称为的贫铀国，到近20年来广泛供应于核电等民用领域，在这个巨大的转变过程中，这个经过数代更迭的团队从未停下对铀矿定量精度的极致追求。从早先钻井深度只能达到数百米，到如今的上千米，汤彬团队的探测技术和设备也在不断升级。

长久以来，在铀矿地质勘查和地浸采铀过程中，直接测量地层铀含量技术一直制约着我国铀矿事业的发展。尤其是在地浸采铀过程中，铀镭平衡遭到严重破坏，无法利用常规伽马测井技术对采区剩余铀含量进行客观评价，不能为决策地浸采铀采区是否退役提供依据。

汤彬进一步解释道，常规使用的伽马测井要达到测算铀的准确度需具备两个前提：一是矿床成矿时间要达到250万年以上，二是矿床赋存环境没有遭到任何破坏。然而，满足这两个条件的砂岩铀矿很少。例如，地浸采铀的过程就是利用铀和镭的地球化学性质差异，采出铀，留下镭，则铀镭平衡遭到严重破坏，无法对采区剩余铀量进行客观评价。目前，国外也只有俄、美两国利用中子测井技术较好地解决了这一矛盾。我国曾经试图引进该项技术，但由于技术壁垒等制约，这项技术在我国铀矿勘查与开采方面的应用始终未能如愿以偿。

习近平总书记曾经说过，核心技术靠化缘是要不来的，也是花多少钱都买不来的。“大国重器，只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”习总书记的告诫如同黄钟大吕，振聋发聩。在10年前，汤彬便下定了决心，不等不靠，要实现自主创新，将核心技术牢牢掌握在自己手上，这样我们才有底气笑对世界风云变幻，才有信心实现中华民族伟大复兴的中国梦。

十年面壁图破壁，汤彬团队毅然承担起国家高技术研究发展计划主题项目“脉冲中子测井与铀定量解释技术”、国家自然科学基金重点项目“铀裂变瞬发中子测井与铀定量分层解释的基础研究”、国家重点研发计划（重大科学仪器设备开发）重点专项“高性能长寿命中子管研制与应用”等研究课题。一次次的大胆尝试，否定再否定、颠覆再颠覆，在这样的不断试错中，获取了更多的技术更新和经验积累。经过10余年的攻坚克难，汤彬突破了“直接测铀”的铀裂变瞬发中子测井关键技术，包括创立了基于双中子时间谱提取“裂变/慢化”比值和铀裂变信息的方法技术、基于分层解释的中子测铀定量方法及其测井参数的现场求取方法，研发出我国首台基于铀矿定量的脉冲中子测井仪及其可控脉冲中子源（高性能中子管）、配套铀定量解释软件等系列成果，为推广“直接测铀”的钻孔现场铀矿定量技术进入工程应用奠定了坚实基础，有望形成我国自主知识产权的脉冲中子铀矿定量测井技术体系，并将开启我国钻孔快速探铀与铀矿定量的新纪元。

2019年夏天，汤彬带领团队用了连续5个多月时间，在内蒙古巴彦乌拉铀矿区开展脉冲中子铀矿定量测井技术的工程应用（中试）研究。巴彦乌拉铀矿是典型的矿层厚薄不均、时常伴随铀镭不平衡的铀矿，已影响到伽马测井的铀矿定量准确度。脉冲中子铀矿定量测井是利用脉冲中子引发地层铀（235U）元素发生裂变反应，探测并提取铀裂变产生的瞬发中子时间谱，进而实现钻孔快速探铀和铀矿定量。本次开展的工程应用研究工作意在推广脉冲中子铀矿定量测井技术，力求将铀矿伽马（能谱）测井与铀裂变中子测井的融合技术应用于储量估算，解决铀矿伽马测井无法现场获取铀-镭平衡系数和氡射气系数的科技难题（必须事后进行铀-镭-氡的平衡修正）。

汤彬团队的中子测井测铀系统采用多探测器技术，可消除水层、井管、水泥环等对测量结果的影响，与常规伽马测井技术相比，该系统不需要通过先测镭的含量再推算铀的含量，避免了求取铀镭平衡关系所需的化学分析，真正实现了现场快速测铀。试验证明，该系统可直接测铀，且铀含量检测限已达万分之一，这为我国铀矿勘查及开采事业带来革命性的突破。该项技术将助力于内蒙古铀矿大基地建设，开启我国铀资源勘查与开发的新局面，其社会经济效益和战略意义非常重大。

薪火相传再出发

“项目成果的取得，从来不是一个人的智慧所能推动的，而是凝结了团队几代人心血的结晶。整个团队薪火相传的共同努力才是成功的关键。”汤彬的感叹正是东华理工大学核技术人40多年来风雨如磐、砥砺前行的缩影。

1979年，年仅15岁的汤彬就考入了华东地质学院（东华理工大学前身），这是原中国核工业部创建的第一所大学，为我国核大国地位的确立和铀矿地质事业的发展、为国防科技工业和地方经济建设做出了积极贡献，被称为“中国核地学的摇篮”。汤彬从此便深深扎根于这一片核工业技术的沃土之中，到今天长达40年之久。1983年，他成为那一届放射性地球物理勘查专业毕业生中唯一留校任教的学生。5年后，年仅25岁的汤彬，争取到了自己的第一个国家级科研项目，作为当时的年轻人，汤彬在团队的科研项目中表现出色，“铀矿伽马测井分层解释方法研究”项目获得了1991年度部级科技进步奖二等奖。1993年，该项探测技术成为国家行业技术标准，并面向全国铀矿勘探技术人员普及。

汤彬时常感慨，是科技报国的理想把大家凝聚在了一起。科学研究的内容是异常枯燥的，一个平常的数据结论，常常要经过复杂的理论推导，从数以万计的数据中找出问题，没有超出常人的耐心和细心，将一无所成。“你要有坐冷板凳的耐心，要有钻研技术的恒心，要有敢打硬仗、不怕吃苦的决心，还要有承受挫折和失败继续前行的信心。只有这样，才能耐得住寂寞，啃得了硬骨头。”汤彬总结道。

一代又一代人薪火相传，用青春和热血向世界证明了中国核工业技术的发展成就。繁霜尽是心头血，当年的老一辈们有的退休，有的作古。今天，56岁的汤彬带着新一代的年轻人，为了挑战更高的目标，正付出百分之二百的努力。

2018年，国家自然资源部公布了高层次创新型科技人才培养工程评选结果，汤彬领衔的“放射性地球物理勘查”研究创新团队成功入选，成为此次评选中唯一入选的江西团队，也是唯一入选的核行业团队。

汤彬的“放射性地球物理勘查”科技创新团队是我国最早从事铀矿核测井与分层解释理论、方法和技术研究的创新团队之一。自组建以来，一直坚持服务国家核地学事业，围绕快速探明铀矿储量、保障环境辐射安全等关键科技问题，创立了我国铀矿伽马测井、中子测井等关键技术，以及现场铀矿定量的分层解释方法和配套技术体系，研发出铀矿与环境探测的多项仪器设备，已形成国家、国防和行业技术标准，使我国铀矿伽马测井、中子测井以及铀矿定量的技术水平跻身于世界先进行列做出了重要贡献。

汤彬认为，作为高校，每年都有许多基础性研究成果，但其中大部分都停留在纸面上。只有促进研发成果转化为生产力，才能推动社会发展。“高校主要是帮国家做项目，有着前沿的学术理念，更加注重社会效益。但企业更了解市场，如果把两种研究方向结合起来，对于专业人才的培养、科研成果的储备，都会起到更好的效果。”汤彬说，随着市场化的推进，核辐射研究成果逐渐应用于医院、安检等民用方面，这就是产学研合作的典型体现。

在汤彬的带领下，团队率先走上了校企合作的快车道，2007年，汤彬选了5名团队科研人员进驻中广核贝谷科技股份有限公司，着手核辐射仪器的产业化开发。这种合作一直延续到今天，有许多东华理工大学的毕业生，已经成长为企业的高级技术和管理人员。他们共同研究开发的以辐射成像为核心，不开箱就可看到集装箱内装载货物的最新快速检查系统设备，已经被运用到港珠澳大桥珠海公路口岸的海关货运进境查验场上。2017年，由汤彬团队和贝谷公司、公安部第一研究所联合申报的“基于电子加速器的新型多能射线成像检查装备与产业化”项目，申请获得江西省重大科技专项。目前，新的设备还未上市就已获得订单，每台价格超过500万元。

在汤彬看来，科学没有止步的那一天。身为团队的带头人，在项目遇到问题的时候要能顶住压力，知道带领团队往哪个方向走，既要仰望星空，还需要脚踏实地。着眼当下每一个技术细节，精益求精。他经常告诫团队的年轻人们，困难不论大小，往往很小的一个细节，就会成为影响最后成功的“一根稻草”。

如今，汤彬的团队不仅立足于国内国防军工与核能发电事业的进一步发展，步伐也已经踏出了国门。为响应“一带一路”号召，中广核集团开发的湖山铀矿为我国在非洲最大的实体投资项目，该矿为近十年来非洲乃至世界铀资源勘查领域的重大发现之一，为世界最大露天开采铀矿，其铀资源储量位列世界第三，资源总量达28.6万吨八氧化三铀（俗称黄饼），该矿达产后产量将位居世界第二，提振了我国核电安全高效发展的信心，被誉为中非国际合作的典范。

但是，湖山铀矿属于典型的白岗岩型铀钍混合矿，仅使用伽马总量测井方法无法准确地区分铀、钍、钾含量。同时现有的伽马能谱测井方法存在着诸多不足，较难在湖山铀矿开展应用。面对这种情况，中广核集团铀业公司邀请东华理工大学汤彬团队合作开展“湖山矿放射性能谱测井研究与仪器研发”。

在汤彬的带领下，团队通过近三年的技术攻关，在第一代实验样机的基础上，开展了全新的第二代铀钍混合矿快速能谱测井方法研究与仪器研制，研发出铀钍混合快速能谱测井方法和配套的测井仪器，突破了“能谱测井速度低”“铀含量测量范围窄”“铀钍混合矿解释精度低”等能谱测井关键技术。为了适应湖山铀矿的测井需求，团队还成功将能谱测井仪器改造为车载式单人操作的轻便测井系统，汤彬曾亲赴纳米比亚湖山铀矿现场进行现场测井试验，并对外方测井人员进行相关培训。现场试验结果表明，该仪器和方法能够快速准确地区分铀、钍、钾含量，弥补了湖山铀矿原有的铀矿自然伽马测井仪的不足，得到了中广核集团铀业公司和湖山铀矿的一致认可。这是铀矿能谱测井第一次在铀钍混合型矿山的技术应用，有望加快“能谱测井”铀矿定量方法生产应用推广的步伐，具有划时代的意义。

顾盼回目，如影历历。既有初期的迷茫与阵痛，又有攻关路上的荆棘与暗礁，“为铀而生”的汤彬，始终奋战在科技发展的第一线，将艰险视为淬炼，将磨难当作锻造，面对国家崛起与民族复兴的时代召唤，一次又一次扬帆起航。

汤彬告诉记者，他内心其实还有一个梦想，就是在现有科研技术的基础上，继续探索创新，進行学科交叉，将铀矿勘探的核辐射探测技术应用到对其他矿产的探测中，进一步增加其他稀有金属资源的储量，从而促进国家社会经济的发展。他还透露，这个梦想已经开始行动，离梦想成真的那一天已不再遥远。

专家简介

汤彬，东华理工大学副校长，兼任核技术应用教育部工程研究中心主任。长期从事核地球物理、核技术应用、计算机应用的教学与科研。攻克了无需岩芯采样即可进行铀矿定量的钻孔探铀重大科技难题，首创出用于储量估算的核测井分层解释方法，研发出面向铀矿和环境的核辐射探测关键技术、仪器装备及其应用成果，使铀矿成为不用岩样分析结果提交我国矿产储量的唯一矿种，并为我国钻孔快速探铀的核勘查技术体系创立、大型/超大型铀矿从无到有的重大突破与铀资源增储、民用核技术产业的发展壮大做出了杰出贡献。获国家科技进步奖二等奖（排名第一）、江西省科技进步奖一等奖（排名第一）等6项科技成果奖和6项教学成果奖；授权专利23项，其中发明专利11项；编著《γ测井分层解释法》《核辐射测量原理》等著作、国防规划教材和行业标准5部，发表论文200余篇。