中国核技术应用产业发展现状

薛 岳，徐广铎

(1.中国原子能科学研究院，北京 102413；2.中核能源科技有限公司，北京 100193)

核技术应用作为综合性战略产业以其知识密集性、交叉渗透性、不可取代性、应用广泛性和高效益性受到各国高度重视，全球已有近150个国家和地区开展了核技术应用的研究与开发，美国、日本等发达国家的核技术应用产业规模已超过核电并成为推动经济增长的重要力量，其增长速度始终高于世界经济的平均增长水平[1]。美国核科学顾问委员会2009年专家评估报告《国家同位素未来需求》一文估算认为，当年美国同位素与辐射技术的产值就已经达到6 000亿美元。据韩国辐射应用协会的研究人员统计，2014年韩国辐射应用行业的市场规模已不断增长到约5万亿韩元(基于2014年的直接税收)，约占韩国当年GDP的0.34%；如果将关联产业纳入分析范围，韩国由应用辐射及放射性同位素产生的收入(经济规模)总计约165 323亿韩元，约占当年GDP的1.11%[2]。据日本原子能委员会的数据统计，2015年度日本的辐射应用经济规模约为43 700亿日元，约占当年GDP的0.86%[3]。

我国核技术应用产业初具规模，已广泛应用于工业、农业、医学、环保等领域，渗透到人民生活的方方面面。据中国同位素与辐射行业协会统计数据显示，2015年我国核技术应用产业的年产值约为3 000亿元，较2010年增长2倍，年增长率保持在20%左右，总体呈现加速增长态势[1]。虽然我国核技术应用产业总经济体量已经超过了日本和韩国，但由于我国人口众多，基层核技术应用薄弱，一些先进设备和技术应用的人均占有量与发达国家相比差距较大，与核大国的地位不相适应。对我国核技术应用产业现状进行分析，有利于了解我国核技术应用的优势和不足，抓住机遇迅速破局向前。

1 核技术应用产业发展现状

截至2019年12月31日，全国从事生产、销售、使用放射性同位素和射线装置的单位共78 802家，生产、销售、使用放射性同位素的单位10 707家，仅生产、销售、使用射线装置的单位共有68 095家，分别较2015年增长20.25%、减少25.99%、增长33.35%；在用放射源146 291枚，各类射线装置198 321台，分别较2015年增长19.50%和44.43%(图1，图2)。

图1 2015—2019年全国从事生产、销售、使用放射性同位素和射线装置的单位数量[4-8]

图2 2015—2019年全国在用放射源及各类射线装置数量[4-8]

1.1 我国核技术在工业领域的发展现状

1.1.1辐射加工产业发展 辐射加工产业为我国国民经济和社会发展做出了突出贡献，已在材料改性、食品辐照、医疗卫生用品辐照灭菌等领域实现了产业化发展。我国钴-60 γ辐照装置≥3×106Ci约有140座，工业钴-60生产已实现国产化并远销海外，钴源辐照装置单座设计能力已达6×107Ci[9]。工业辐射加工用电子加速器实现了从低能量至高能量的全覆盖。截至2019年，我国共有辐照加工用电子加速器约630台，总设计功率约45 000 kW，数量较2016年增长了26%。其中，主要用于辐照消毒灭菌的高能电子加速器约80台，用于辐照材料改性的中低能电子加速器约550台[10](图3)。我国多种类型辐射加工用电子加速器已实现产业化，且大部分已实现国产化，国产数量约占85%，进口仅约占15%。

图3 我国电子辐照加速器发展历程[1,10]

1.1.2辐射技术在环保领域的应用 我国在辐射处理废气、废水、废物等方面，虽然起步较晚但发展迅速。世界上第一座电子束处理烟气的工业化应用装置在中国成都建成。中广核达胜在广东建成的国内第一个工业规模的电子加速器辐照处理印染废水工程项目已于2020年6月份正式投入运营，采用7台电子加速器联机运行，设计处理能力达到30 000 m3/d。2020年7月中广核达胜加速器技术有限公司联合新疆川宁生物科技有限公司，在新疆伊犁建设完成了我国第一个电子束无害化处理抗生素菌渣示范工程，设计处理抗生素菌渣100 t/d，为电离辐照在固体废弃物领域的应用开辟了新方向。

1.1.3尖端射线无损检测技术 截至2019年底，我国共有射线无损检测装置22 700余台，其中伽玛探伤装置2 700余台，工业探伤加速器400余台，X射线探伤装置超过19 600台[10]。我国自主开发的大型及高能工业CT系统研制成功，能检测直径2 m、高6 m、重达数十吨的物体，几何测量精度达0.02 mm；国产微焦点CT的空间分辨力可达250～500 nm，检测工件直径1～5 mm[11]。在工业CT系统主要核心部件方面，不仅已完全掌握电子直线加速器系统的设计、生产技术，而且制造的无损检验加速器居世界前列，逐渐摆脱受制于人的局面。但工业CT用X射线机基本完全依赖进口，主要被美国Varian、瑞士Comet、法国Thales等少数几家公司垄断。

1.2 我国核技术在医学领域的发展现状

1.2.1医用放射性同位素的生产 2018年以来，我国研究堆开始恢复部分医用放射性同位素的生产，中国核动力研究设计院的高通量工程实验堆(HFETR)实现了89Sr小批量生产；中国原子能科学研究院在中国先进研究堆(CARR)上建成了百居里级125I间隙循环回路生产系统，并进行了系统验证[12]。中核集团掌握了利用CANDU堆制备百万居里级60Co同位素技术，并建立了相应的生产能力，2019年4月首批医用高比活度60Co原料出堆。虽然近年来我国在反应堆生产同位素方面取得了显著进展，但受能力条件、束流孔道和束流时间等因素影响，堆照医用同位素绝大部分仍依赖进口，我国自主生产的131I、89Sr、177Lu仅满足国内小部分需求，常规核医学诊断所需99Tcm的原料99Mo，以及用于粒子植入治疗的125I核素等完全依赖进口。

1.2.2医用放射性同位素制品的研制生产体系 我国有百余台专用加速器用于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。上海化工研究院有限公司自主研发掌握了13C分离的核心技术，正在实施13C分离产业化生产装置建设；自主开发的稳定同位素18O同位素产品成功应用于PET-CT肿瘤诊断药物18F-FDG的研制，实现了国产化替代；15N在满足国内科研领域需求的基础上出口国外，是国际上两家供应商之一。安徽中核桐源公司采用低温精馏法，于2018年启动高丰度13CO气体富集生产技术研发及生产设施建设，已完成全部厂房施工，部分设备安装，计划2021年投入生产。2019年10月，中核高通同位素股份有限公司与德国ITM公司签署68Ge-68Ga发生器和无载体177Lu生产技术许可与合作开发协议，引进68Ge-68Ga发生器和无载体177Lu的批量化技术，计划2022年实现产品上市。但我国放射性药物研发、安全评价、生产、临床应用还处于发展的初级阶段，相关研究和产业化水平与美国等发达国家相比有很大差距，主要表现在药物研制进展缓慢，原始创新能力弱，处在仿、创的结合阶段，放射性药物数量少，自主原创性放射性药物缺乏。

1.2.3核医疗装备生产与应用 我国核医疗设备是以自行生产为主，扫描机、γ照相机和功能测定仪都以国产为主，性能已达国际水平；CT模拟定位机、三维远/近治疗计划系统、X刀和后装治疗机等放疗设备研发进展顺利，攻克了一大批关键技术，取得了一批具有自主知识产权和重要市场应用价值的成果[10]。我国质子和重离子治疗技术应用取得阶段进展，山东万杰医院、上海质子治疗中心的质子/重离子加速器治疗装置已用于临床治疗，中科院兰州近代物理所建立的武威碳离子治疗装置于2019年获“第三类医疗器械”注册证。2019年，我国大陆地区拥有PET/CT 404台、PET/MRI 23台，较2017年增长120台(增幅39.1%)；427台正电子显像设备中，进口设备占83.4%，国产设备占16.6%；共安装单光子显像设备903台，较2017年增长46台(增幅5.4%)；医用回旋加速器120台，同比2017年增加10台(增幅9.1%)；PET检查总数86.4万例/年，较2017年增加65.2%；单光子显像总数251.4万例/年，较2017年增加19.88%[13]。虽然国产设备相较于国外设备市场占有率低，且仍存在部分核心技术受制于人的情况，但整体发展较为迅速且有逐步打破国外垄断的趋势。

1.3 我国核技术在农业领域的发展现状

1.3.1辐射诱变育种技术及应用 我国在农作物诱变育种研究方面较国外起步晚，但发展较快并具有鲜明特点和优势，即在研究和发展诱变技术的同时，将技术密切地与作物改良相结合，并通过组织全国农、科、教大联合、大协作，形成了一支国家核辐射诱变技术育种研发队伍，辐射诱变育成的品种数量超过世界总量的25%，是世界上利用核技术诱变育种规模最大的国家。近年来，育成的广适、高产、稳产的小麦新品种“鲁原502”，累计推广应用7 700万亩，是目前全国第二大小麦推广品种；强筋高产广适小麦新品种新春37号，大面积亩产在630 kg以上，累计种植近400万亩，成为新疆春小麦主栽品种和年种植面积最大品种；“Ⅱ优D069”等高产抗病亚种间杂交水稻新品种，累计推广应用1 400多万亩[14]；“扬蕙梅”、“扬蕙蝶”、“广陵仙子”、“少女白雪”等20余个通过诱变育种育出的花卉新品种通过了省级鉴定或国际登录；糖尿病专用、赏食兼顾、池塘专用等特色水稻新品种不断开拓，其中，基于高抗性淀粉糖尿病专用新品种“宜糖米”于2020年3月捐赠支援武汉感染新冠状肺炎重症的糖尿病患者，助力抗疫。

1.3.2农产品、食品辐照加工 我国农产品、食品辐照加工研究与产业化水平在国际上已处于领先地位，已就食品辐照建立了一整套标准，成为全球食品辐照加工的第一大国。辐射技术在减少食品中含菌量、防控食源性疾病和降解农产品中有毒有害物质方面发挥重要作用，为现代农业的发展和农产品出口贸易做出了巨大贡献。截至2015年，全国辐照食品(包括食品添加剂等)产量超过40万吨以上，占全球总量的一半以上，年产值超过26亿美元，且预计以每年15%的递增速度发展[1]。除此之外，全国每年约有10～20万吨的宠物食品采用辐照方法处理并出口。但目前中国辐照农产品年加工量仅为农产品总量的万分之一，与发达国家相比，我国辐照食品品种较少，辐照加工产业发展潜力巨大。

1.3.3同位素示踪、溯源技术应用 围绕同位素示踪开展多位置、多核素标记合成研究，构建标记前体和标记农药化合物库，从源头打破国内放射性标记农药及关键中间体长期依赖进口的局面；综合运用核素示踪动力学理论与技术，将同位素示踪与高分辨质谱等仪器分析技术有机结合，溯源追踪有机污染物在五大类农作物、畜禽和环境中的代谢途径与演变规律，有效解决我国农药创新发展的“卡脖子”问题，为我国农药登记管理新政的落地实施提供强有力技术支撑。围绕稳定同位素溯源数据库构建、标准和标准样品制定等方面开展了创新性工作，针对地理标志产品如鲁西黄牛、盐池滩羊等开展了基于稳定同位素的产地溯源研究，完成了我国首个牛奶稳定同位素数据库构建，奠定了我国在农产品稳定同位素溯源方面的领先地位；2019年颁布了同位素组成质谱分析方法通则，为进行农产品稳定同位素分析提供了标准依据；2019年在国内首次研制成功生物基质的碳氮稳定同位素国家标准样品2项，并于2020年获得稳定同位素国家标准样品立项10项，有利于打破我国农产品溯源领域稳定同位素所用的标准样品均采购自国外的局面[10]。上述同位素示踪、溯源技术的探索，切实为保障我国农产品质量安全、生态环境安全与人类健康做出了突出贡献。

1.4 我国核技术在社会安全领域的发展现状

1.4.1安检设备 我国在出入口放射性物质检测、大型货物检测、行李检测、整机领域可自主研发，以同方威视为代表的国内企业占据了国内的绝大部分市场以及部分国际市场，具有完善的科研、生产与产业队伍，科研、生产以及应用均居世界前列，在国内多个海关口岸、大型活动场所均有大规模的装备与应用。在产业化过程中，从大型客体检测逐渐进入行李箱包检测、人体安全检测、液体安全检查等领域，通过技术创新，在国际市场上已达到先进水平，出口全球140多个国家和地区。我国的安检设备在非洲安检市场占据市场份额第一，在美洲市场占据市场份额50%以上，欧洲超过85%的国家采购由我国生产的安检设备。但与发达国家相比，我国的反恐核探测技术仍存在一定的差距，主要表现为基础研究水平不够高，核心技术创新能力不强，高端反恐侦查装备尚需进口。

1.4.2射线无损检测新技术及应用 X射线、γ射线、中子等探测技术已广泛应用于我国航空、铁路、海运、公路等边境口岸的客运和货运安全检查中，核磁共振、核四极共振和宇宙线μ子散射等“指纹式”高精度检测技术应用前景良好。新一代车辆/货物检测产品不断推出，智轨车辆/货物检查系统可实现精准的运行轨迹控制，从而具备多种扫描方式；多视角小车检查系统，可呈现6个不同视角下的X射线透射图像，减少单一视角下物体重叠的影响，可帮助检查人员更加精准地发现隐藏在小型车辆内的违禁物品；基于宽能谱成像技术的查验系统生成图像质量高，为实现图像智能分析和判别提供了优良的素材，结合智慧判断系统可减轻图像查验人员的劳动强度、减少人为因素的干扰、提升图像查验效率；同方威视公司设计的世界首套以加速器为辐射源、利用CT技术的大型货物/车辆检查系统，已于2019年10月底在深圳莲塘口岸完成安装调试并投入运行；毫米波全息成像人体安全检查仪已于2018年获得民航颁发使用许可认证，已在国内多个机场实现批量使用；太赫兹人体安检成像仪在港珠澳大桥、广州白云机场、乌鲁木齐海关等地投入试用[10]。

2 核技术应用产业发展趋势

2.1 后疫情时代核技术大有可为

2020年抗击新冠肺炎期间，核技术在疫情防控、辐射灭菌消毒和医疗废物处理等方面都发挥了重要作用。中核集团发挥核技术在辐照消毒等方面的优势，将原来需要7～14 d的消毒灭菌时间缩短至1 d以内，所属辐照站为228万套医用防护服、2011万副医用乳胶手套提供了免费辐照灭菌服务[15]；为切实防止新冠病毒通过冷链物流渠道传播，中核集团联合军事科学院、清华大学等科研高校，共同开展冷链食品新冠病毒防控辐照消毒技术攻关，利用2种模拟新冠病毒开展了系列辐照灭活工艺实验，模拟实验表明，较低的辐射吸收剂量就可以达到灭活效果，且对食品安全不构成影响，辐照技术有望用于进口食品新冠病毒消杀的工业化应用。中国电子科技集团有限公司研发的全过程无接触测温安检安防一体机，为科学防控疫情发挥了重要作用。中广核联合清华大学核能与新能源技术研究院紧急为湖北十堰研发污水处理设备和建设电子束处理医疗废水科技示范工程，5月中旬项目建成投产，日均处理污水能力为400 t，有效降解污水中的抗生素结构，突破了常规标准对医院污水中抗生素去除的要求。

突如其来的疫情显现出核技术无损伤、无残留等技术优势，随着疫情防控的常态化，核技术在辐照灭菌、核医学影像诊断、医疗废物处理等领域的应用将会越来越广。以辐照灭菌、检疫为例，国际上不仅广泛采用辐照技术对食品进行消毒灭菌，而且早在20世纪90年代初，辐射灭菌在医疗器械消毒灭菌的比例就达50%，而我国这一比例约为10%[1]。由此可见，后疫情时代核技术更加大有可为。

2.2 核技术自主化、国产化发展

当今世界正经历百年未有之大变局，美国技术封锁形势严峻，自主创新能力提升任务紧迫。我国核技术应用产业的发展虽然蓬勃，但仍然存在诸多“卡脖子”环节，如：加速器核心器件、部分常用同位素、结构复杂的先进探测器仍依赖进口，高端核医疗设备、核仪器仪表等性能指标、可靠性等与国外产品存在较大差距，自主原创性放射性药物缺乏等。党的十九届四中全会提出，要“构建社会主义市场经济条件下关键核心技术攻关新型举国体制”。在这一背景下，核技术应用产业的自主化、国产化已成为业界共识，未来也将有更多的政策和资金支持关键核心技术的突破和国产化。核技术应用领域基础研究水平不高、核心技术创新能力不强、高端设备依赖进口等情况有望得到根本性扭转。

2.3 核技术应用产业发展

得益于政府的大力支持，借助资本市场畅通的融资渠道，以及国内外旺盛需求的牵引，我国核技术应用产业已初具规模且经济体量超过了日本和韩国。当今世界，新一轮科技革命和产业变革正在孕育发展，颠覆性技术不断涌现，多重技术交叉融合不断催生新产业、新业态、新模式。我国正处于持续深化改革，开启高质量发展的新时代。新一轮科技革命和产业变革与中国经济结构调整和产业转型形成了历史性交会，为核技术应用产业带来了重大发展机遇。未来，随着核技术应用产业化条件日渐成熟，核技术将会更加广泛、深入地应用于工业、农业、医学、环保等领域，发展新型产业，改造传统产业，促进经济结构转型升级；防治污染，改善生态环境；提高医疗水平，保障食品安全，改善人民身体健康；加速农作物品种更新换代，促进现代农业发展；建立良好秩序，保障社会和公共安全。我国核技术应用将继续保持强劲的发展势头，进一步向标准化、集约化和国际化发展。

3 结束语

近年来，我国核技术应用产业的发展取得了令人瞩目的成绩，研发水平和自主化能力不断提高，在工业辐照钴源及加速器、安检产品等一些领域已经改变依赖进口的局面，在加速器制造、放射性同位素制备等领域形成了一定规模的生产能力，在公共健康、辐照加工、公共安全等领域核技术的应用出现了迅速增长和明显加速的可喜势头。“十四五”以及今后更长时期，我国应提高应用基础研究水平，深入开展关键技术研发，推进研发成果的应用和转化，让核技术为满足人民日益增长的美好生活需要做出突出贡献，成为我国深度融入全球经济、顺畅国内国际循环联通不可或缺的重要力量。