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变“辐”为“福” 我们身边核技术正在造福生活
文章來源:系統管理員 日期:2019年08月26日

  核能作为人类历史上的一项伟大发现,应用领域非常广泛。我们在民用领域常说的是核電站。其实,核能不仅可以给我们提供清洁的电力,还可在环境保护、工业、医疗健康、农业等诸多领域造福于民。

  核技術應用作为近年来发展迅速的战略新兴产业,被称为核工业中的“轻工业”,已广泛融入我们的生活之中。

  “核技術應用,是利用放射性同位素和电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学及生物效应来进行应用研究与开发的技术。在环保、材料和食品加工方面,都有广阔的应用前景。”在中核集团第五届“核你在一起”科普开放周活动期间,中国原子能科学研究院院长薛小刚介绍,特别是原子能院利用核技术助力“健康中国”、“平安中国”、“美丽中国”,取得了一系列成果。

  核技術助力“健康中國”

  爲患者量身定制“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,罹患癌症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衆的視線。

  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。作爲目前最先進的癌症放療手段之一,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准的傳輸特性,爲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准定位在腫瘤位置,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”後能量迅速減小,將前後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。

  原子能院正在研发的230MeV超导回旋加速器,便是可造福广大患者的质子治疗加速器。从建成我国第一台回旋加速器开始,近70年来,原子能院在国际回旋加速器界占有重要地位,在紧凑型强流回旋加速器方面技术较为领先。10年前,原子能院建议研究230MeV回旋加速器,通过基础研究立项启动设计工作,推动超导质子回旋加速器应用到我国医疗事业中,着手开展质子治疗设备的预先研究。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,世界質子治療産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。我國國産醫用加速器起步晚,離實現臨床應用、造福廣大癌症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、國産化,其最終目標是讓普通老百姓受益,隨著診斷治療癌症技術的不斷發展,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。

  作爲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钼-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,建成了钼-99料液生産和高活度锝-99m發生器以及藥盒制備生産線,生産工藝和産品的技術指標均達到國際同類産品先進水平,結束了我國裂變钼-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”

  随着核技術應用的发展,利用核技术进行反恐安检在全世界的社会安全领域起着越来越关键的作用。其中X、γ射线检测仪、CT安检机、通道式X光检查系统等已应用于机场、火车站、法院、会议等场所,用于实现对行李包裹的不开包检查以及人体携带毒品、危险物品等的检查;目前核技術應用装置已在世界各地社会安全领域得到了广泛的应用,并且起着十分重要和不可替代的作用。

  原子能院在核技術應用领域有着多年的技术积累和积淀,在国际恐怖形势日趋复杂和严峻的背景下,在核技術應用领域不断取得创新成果转化,陆续研发了反核恐怖、反爆炸恐怖、反生化恐怖三个领域的系列反恐装备,在公共安全领域得到了广泛应用。同时还积极开拓海外市场,目前已有三种核反恐安检产品出口到坦桑尼亚、乌干达等国家,供维和部队使用,为保障国际社会的安全贡献了一份力量。

  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”,其作爲綠色、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。

  中国原子能科学研究院的反恐安检产品及服务已进入民航、海关、铁路、公路、城市轨道交通、公安司法、大型活动赛事等众多领域,助力客戶保障国家安全和人民生命财产安全,得到用户的广泛认可,为我国公共安全作出了重要贡献。我们的产品具有灵敏度高、稳定有效、抗干扰能力强的特点,被反恐安检专家誉为“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幹達出口了便攜式核素識別儀15台、多功能安檢門10台和通道式放射性物質檢測系統10台。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,並于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,中國發生了大範圍持續灰霾天氣,霧霾已成爲影響人民正常工作生活和身體健康的頑疾,成爲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。”

  熱力是冬季人民生産、生活的必需品,冬季供暖是關系到國計民生的大事。我國冬季供暖範圍覆蓋了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、液化氣等化石能源爲主,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産生。

  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汙染物逐年增加,特別是進入冬季,供暖燃煤造成大量汙染物的排放,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。這些汙染物是形成霧霾的“源頭”,同時,氣象條件又是産生霧霾的“幫凶”,一旦汙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。

  爲落實國家綠色低碳的能源發展戰略,解決大氣汙染問題、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,近乎于零汙染排放,讓藍天更藍,還可以讓民心更暖。一座400MW的“燕龍”,供暖建築面積可達約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、綠色環保的堆型産品。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,使用壽命爲60年。

  發展泳池式低溫供熱堆,中核集團制定了“演示驗證-示範工程-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:在原子能院啓動的供熱演示項目——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,爲後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堆是我国自主设计建造运行的第一座反应堆,50年多来,为“两弹一艇”研制,为我国各种动力堆、生产堆的研制做出了重要贡献;在材料考验、同位素生产、单晶硅开发辐照、科研样品辐照试验和核電技术服务等国民经济多方面取得了突出成绩。如今又在核能供热、造福人类、建设“美丽中国”方面继续发挥作用。目前,“燕龙”泳池式低温供热堆初步设计和初步安全分析报告均已完成。

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

  開展此項工作,關鍵是要有高靈敏、高精確的分析技術。作爲中國核工業的綜合性核科研基地,原子能院針對國家大氣汙染防治的重大需求,組建了核技術用于大氣與環境汙染研究團隊,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准確測定顆粒物中40多種元素成分和10余種同位素的比值,具有高准確度,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,其精准性被譽爲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“大氣汙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並獲批。自1994年以來原子能院一直與IAEA/RCA合作進行大氣汙染源解析研究,在汙染源解析、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。爲此,原子能院研制了擁有自主産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,不僅爲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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