核技術在工業領域的應用

　　核技術在工業領域應用十分廣泛，涉及輻照加工、材料改性、環境保護等領域。在輻照加工中的應用有消毒滅菌、食品保鮮等，在材料改性工業中的應用有聚合、降解、固化等，在環境保護中的應用主要有處理固體、氣體、液體廢物等，在工業無損檢測中的應用有X射線的工業CT檢測等。

　　輻照加工是民用非動力核技術的重要應用領域，主要是指利用γ射線、電子束和X射線輻照被加工物體，使其品質或性能得以改善的過程。輻照加工還可以應用于醫療衛生產品、藥品、食品、生物制品、農副產品、化工產品、高分子材料和“三廢”處理等，進行消毒、滅菌、殺蟲、保鮮、交聯聚合、改性、降解和無害化處理等。輻照加工由于具有穿透力強、無污染殘留、高效節能等特點，已逐漸滲透到國民經濟的多個領域，被譽為“綠色”加工技術。

　　截至2021年3月，我國約有130座鈷源輻照裝置，總設計裝源能力超過1.7億居里，實際裝源活度約為700萬居里，自主設計建造的鈷源裝置已出口泰國、越南和馬來西亞等國。此外，我國自主研發生產各類型輻照應用加速器，近年來工業輻照加速器數量增長迅速，截至2017年，已達550臺，用于材料改性、污染物處理、電線電纜、消毒滅菌、食品保藏等多個領域。國產輻照加速器國內市場占有率達到80%以上，并出口歐美東南亞市場。無損檢測加速器被廣泛應用于航天、航空、核電、機械制造等領域。

　　一、輻照滅菌與加工

　　輻照消毒滅菌是輻照加工領域最為成熟的應用，目前主要用于醫療衛生用品、實驗室器材、食品輻照等領域。根據國際原子能機構數據，全球每年有超1400萬立方米的醫療衛生用品使用輻照方法進行滅菌處理，2015年全球約有230多種、70萬噸輻照食品。此外，輻照加工方法在文物保護中的應用也處于研究之中。

　　二、輻照改性應用

　　高分子材料的輻照改性主要包括輻照聚合、輻照交聯、輻照降解、輻照接枝和輻照固化等，可應用于交聯電纜生產、輪胎輻照、離子交換膜制備、涂漆和印刷等各種領域。

　　三、工業無損檢測

　　射線工業無損檢測技術主要采用放射性同位素、X射線、中子等輻射成像技術檢測物質內部密度、尺寸等特征，在工業設備和裝備制造、運行質量保證、提高生產率、降低成本等領域發揮著越來越大的作用，且已在機械制造、石油化工、航天航空、核能等工業得到普遍應用。

核技術在農業領域的應用

　　農業核技術是現代農業科技發展的重要領域之一，也是國際公認的綠色、低碳的高新技術。隨著核技術在農業領域中的發展，促進了核農學的產生。核農學利用核科學技術原理，涉及物理、化學、生物、農學等多門傳統學科，集中體現了相關學科的最新成就，并躋身于現代科學與高新技術之列，與現代農業以及人們的生活息息相關。

　　農業核技術應用包括植物輻射誘變育種、農產品輻照加工、農業核素示蹤、放射生物學基礎及昆蟲輻射不育等方向。核農學不僅體現了現代科學的技術化和現代技術的科學化特征，且已經成為現代農業科學的重要組成部分和顯著標志之一。

　　一、植物輻射誘變育種

　　與可實現基因在物種間轉移的轉基因生物技術不同，植物輻射誘變育種技術利用射線處理植物種子或其他器官和組織，誘導其本身的遺傳物質發生變異，使其性狀改變，從而選擇有益突變、創制新種質、培育新品種。輻射誘變育種具有打破不良基因連鎖、創新基因性狀、增加變異頻率、縮短育種周期和提升育種效果等技術優勢。

　　二、農產品輻照加工

　　利用γ射線、X射線或電子束等電離輻射處理農產品，以達到抑制發芽、延緩成熟、殺蟲、滅菌消毒和降解有害物質等保鮮儲藏效果，從而保持營養品質及風味，延長保質期，提高農產品的食用安全性。該技術是聯合國糧農組織(FAO)、國際原子能機構(IAEA)和世界衛生組織(WHO)大力推廣的農產品安全保障技術，具有安全、綠色、高效、低碳、環保等優點，無需加熱、不破壞包裝，能夠解決在保鮮貯藏領域中常規技術無法解決的技術難題。

　　三、農業核素示蹤

　　利用同位素示蹤劑，研究被追蹤物質在植物或動物體內及其周圍環境中的遷移、轉化、運輸、吸收和代謝規律。由于示蹤技術能夠從微觀領域揭示物質的吸收、代謝和轉化規律，廣泛應用于營養生理、土壤化學、植物保護、動物營養和生態環境保護等領域的基礎與應用研究。為小麥、玉米等主要農作物高產、高效、優質和節水栽培中科學施肥、灌溉、病蟲害防治以及動物健康生產等提供科學依據和技術支持。

　　四、昆蟲輻射不育

　　利用一定劑量的射線照射昆蟲，在保持其交配及生存能力的條件下，殺傷其生殖系統，使其喪失繁殖能力，然后釋放到自然環境中與野生昆蟲交配后不能產生后代，以降低蟲口密度，達到防治害蟲的目的。

　　我國核農學自學科創立開始，至今已走過了60多年的發展歷程。作為國際原子能機構亞太地區牽頭國，在核農學研究和應用整體上已經達到國際先進水平，其中，輻射誘變育種與輻照食品加工研究和應用處于國際領先水平。這些不僅為國內農業科學進步和農業生產發展做出了重要貢獻，而且在國際上也產生了積極影響，贏得了廣泛贊譽。

核技術在醫療領域的應用

　　核技術在醫學領域中的應用主要有影像醫學、核醫學、放射治療等，至今已有100多年的歷史，是國際原子能機構和平利用原子能的三大重要領域之一。我國核技術在醫學中的應用與世界同步發展，在腫瘤、心腦血管等重大疾病的診療、科研和藥物及儀器設備生產中發揮了重大作用。進入21世紀后，核醫學進入了分子影像學時代，包括PET/CT、SPECT、影像學的MRI和光學相干斷層等技術逐漸發展起來。

　　一、影像醫學

　　影像醫學在疾病的診斷中起著重要作用，該技術源于19世紀90年代末，至今已有100多年的歷史，主要有X射線攝影技術、CT成像技術和MRI技術等，在臨床上均得到廣泛使用。

　　二、核醫學

　　核醫學應用的核心是同位素示蹤技術，放射性同位素與其標記化合物共同構成了放射性藥物，保持著對應穩定核素或被標記化合物的生物化學特性，能夠參與正常的物質代謝，從而觀察藥物在活體中被攝取、循環、聚集和排出的過程，以此診斷疾病。它集合了核技術、電子技術、計算機技術、化學、物理和生物學等現代科技，是放射診療的重要組成部分。

　　l PET正電子發射型計算機斷層顯像，采用發射正電子的核素，如碳-11、氮-13、氧-15、氟-18，與人體內的負電子產生淹沒效應，探測淹沒所產生的γ光子，得到人體內同位素分布的信息。這些核素的半衰期很短，對人體影響小，可獲得清晰的三維圖像，精度非常高，可發現早期病變，對人體進行生理、生化、病理及解剖學方面的研究和診斷。

　　目前臨床應用最多的PET藥物為18氟-FDG，可有效診斷腫瘤、癲癇、中風、精神分裂等中樞神經系統疾病，并觀察到由視覺、聲響、情緒刺激引起的腦內活動，代表了分子影像研究的前沿。

　　l SPECT單光子發射計算機斷層成像，可進行斷層探測并得到三維立體圖像，是診斷惡性腫瘤骨轉移的首選方法，在骨骼顯像、心肌缺血、心肌梗死等鑒別診斷的心臟灌層顯像、甲狀腺結節功能的判斷和良惡性鑒別的甲狀腺顯像等領域有著廣泛應用，具有重要的臨床作用。常用核素主要有： 99mTc(锝)、 123I(碘)、 67Ga(鎵)、111In(銦)等。

　　我國單光子顯像設備(含SPECT、SPECT/CT、符合線路、γ相機、心臟SPECT等)2019年底有903臺，成本遠比PET低，是核醫學臨床診斷中使用最廣泛的手段之一。

　　三、放射治療

　　放射治療簡稱放療，主要使用的放射源類型有三種：一是放射性核素放出的α、β射線、各類光子束(γ射線);二是X射線治療機和各類加速器產生的不同能量光子束(X射線);三是各類加速器產生的電子束、質子束、中子束、負π介子及其他重離子束。

　　放療的基本思想是在健康組織器官能接受到盡量少的輻射前提下，使靶區受到處方劑量。因癌細胞和正常組織器官對輻射的耐受度不同，因此放療可在不損傷正常器官的情況下殺滅腫瘤細胞。放療的機制主要分為兩種：一種是直接損傷，主要由射線直接作用于有機分子而產生自由基引起的DNA分子出現斷裂和交叉，癌細胞停止增殖;另一種是間接損傷，主要是射線使人體組織內的水發生電離，產生自由基并與生物大分子發生作用，導致不可逆損傷并影響癌細胞增殖。

核技術在公共安全領域的應用

　　近年來，隨著國際形勢的復雜多變，在防范和打擊各類恐怖活動及犯罪活動中，現代核技術發揮著越來越重要的作用，如利用X射線、加速器及放射源成像技術進行集裝箱、車輛和行李檢查等，表現出極其廣泛的應用前景。

　　一、X射線技術

　　X射線技術是一種成熟且應用廣泛的安檢技術，X射線檢測裝置已被視作安全防御的第一道防線。利用X射線照射被檢物品時，會發生散射、投射、吸收現象，通過探測出射射線的分布、能量衰減情況，可判斷被檢測物體內物品的形狀、位置等信息。X射線安檢設備的技術發展已形成了多個分支：單能X射線、多/雙能X射線、雙視角/多視角X射線、散射X射線、CT斷層掃描等。

　　二、伽馬射線應用技術

　　鈷-60集裝箱檢查系統利用輻射強度很低的鈷-60源作為輻射源，其發出的扇形伽馬射線穿透封閉車廂和內部貨物，被另一側探測器陣列接收。由于不同部位物體密度、厚度不同，對射線的吸收程度不同，探測器即可輸出不同強度的信號。通過將強弱不同的信號經圖像處理后傳送到顯示屏上，即可獲得封閉車廂內裝載貨物的輪廓、形態等信息。該技術具有安全、可靠、經濟等優點，可協助查獲走私、違規安檢，大大提高了海關的通關速度，為貿易便利化提供了技術支持。我國具有自主知識產權的大型集裝箱檢測系列產品，2002年起就開始在海關推廣使用并出口到國外，年產值在60億元，2025年有望突破100億元。

　　三、中子檢測爆炸物技術

　　中子檢測爆炸物技術始于20世紀80年代，中子檢測儀的基本原理是利用中子照射被檢測物，誘發被檢測物體發射特征γ射線，通過特征γ射線進行元素分析，即可判斷被檢測物體是否為危險品。一般炸藥的特點是富含氮元素，因此在沒有其他富氮物干擾的情況下，可以由此測得炸藥是否存在。

　　四、核四極共振技術

　　原子核四極共振技術(NQR)可作為判別不同物質的有效手段。如炸藥分子中富含的氮(14N)、毒品分子中的氯(35Cl)具有橢球形原子核，在與其所在分子的其他原子之間電場中具有四極相互作用。在這種相互作用下，由于退激時發出的電磁波譜取決于其分子結構，因此是一種“指紋式”高精度檢查方法，應用前景看好。

　　五、高能X射線

　　高能X射線常用于車輛透視掃描裝置。近年來，隨著探測技術的發展，許多研究部門陸續開展了高能低輻射成像技術研究，采用小型化電子感應加速器，降低了射線源強度，并使性價比得到有效提升。

　　核技術在國家的公共安全領域發揮著重要且不可替代的作用,隨著各國對反恐和安全領域需求的不斷提升，核技術將持續為社會安全領域做出更大貢獻。

核技術在環境保護領域的應用

　　一、煙氣凈化

　　使用電子束進行煙氣凈化技術的研究可追溯至20世紀70年代，電廠排煙中的氮氣、氧氣和所含水分經高能電子束輻照后，產生大量的羥基自由基、氧自由基和過氧自由基等氧化活性粒子，這些自由基與煙氣中的SO2、NOx產生氧化反應并生成相應酸性物質，與注入反應器中的NH3相互作用生成白色粉狀的硫酸銨和硝酸銨，混合的硫硝銨作為最終副產物可直接用作農用化肥。

　　我國電子束凈化煙氣領域的研究始于1987年，雖起步較晚但發展迅猛，世界上的第一座工業試驗裝置——成都電廠電子束煙氣脫硫示范工程，于1998年通過竣工驗收。隨著關于副產品硫酸銨的《中華人民共和國電力行業標準》(GL/T808--2002)發布，為電子束煙氣凈化的副產物進入我國化肥市場打開了通道。

　　二、污水處理

　　由于越來越多的水體污染物屬于難生物降解的有機化合物，利用常規方法無法進行很好地處理。因此高級氧化技術成為目前處理環境污染物的研究熱點，其中以電子束和γ射線輻照為主的輻射技術引起廣泛關注。

　　電子束輻射技術處理污染物一般在常溫下進行，具有工藝簡單、處理效果好、無二次污染等特點，尤其在處理難降解有毒有機污染物方面具有獨特作用。各國已針對此進行了鹵代化合物、苯酚及其相關物、多氯代聯苯類、染料類、氰化物、洗滌劑、殺蟲劑以及造紙廢水等的輻射降解和脫除進行廣泛研究。

　　近年來，我國清華大學、北京大學、中國科學技術大學、上海大學等科研院所在電子加速器方面加大投入研究，在污水處理方面取得一定成績。2017年2月，我國國內首個電子加速器輻照處理印染污水示范工程完成調試運行，該工程將電子加速器輻射作為深度處理手段，以生物出水為處理對象，處理后的各項指標滿足當地直排標準。

　　三、泥污處理

　　目前常用的泥污方法主要有焚燒法、垃圾掩埋法和海洋處置法，此類方法均或多或少存在價格昂貴、耗能高、需合適土地、受自然條件限制并造成二次污染等問題。輻射處理技術作為一種新型污泥預處理方法，可有效提高污泥脫水性，改善污泥生化性，與生物堆肥或污泥厭氧消化聯合處理污泥污染問題。污泥由電子束裝置進入輻照區，經2kGy左右的吸收劑量輻照后，加入一定量的添加劑混合均勻，在40至50攝氏度下發酵2至3天，即可作為無害化生物固體無限制使用。

　　與γ射線相比，雖然電子束的穿透能力相對較弱，但劑量率高且方向集中，能量利用率高，生產能力更強。此外，從輻射安全與防護角度來看，電子束穿透能力較弱，易屏蔽，只要電子束能量低于10MeV，污泥經輻照后也不會產生感生發射性。因此，利用電子加速器輻照處理污泥具有巨大的潛在發展優勢。世界上已有多國在此領域開展了相關工作，對各種污泥進行了相應的研究和中試試驗，目前我國采用輻射進行污泥處理技術尚處于實驗研究階段。