從實驗室到生產線 看我國“硬核”科技有多廣泛
來源：央視新聞客戶端 時間：2024-09-18 11:17
提起核能應用，大家可能首先想到是核電、核能供暖等清潔能源，其實在工業(yè)、醫(yī)學、農業(yè)等很多領域都能看到前沿的核技術應用，比如說工業(yè)方面的超級顯微鏡；醫(yī)學方面的放射治療、醫(yī)學成像；農業(yè)方面的植物育種等。根據(jù)相關預測，到2025年我國核技術應用市場規(guī)模將達萬億元。
核能與核技術應用：探秘“硬核”科技
1億度403秒，是我國“人造太陽”EAST創(chuàng)造的高約束模式運行新的世界紀錄。目前團隊正在為下一階段實驗運行做準備，可控核聚變瞄準的是人類能源的終極解決方案。而在產業(yè)端，核裂變產生的核能已經成為重要的清潔能源。
截至2023年底，我國大陸全年核電發(fā)電量44萬吉瓦時，相當于節(jié)約標煤1.3億噸，減排二氧化碳3.5億噸。在工業(yè)領域，核技術還可以應用于檢測物質內部的微觀結構。我國現(xiàn)在已建成三個中子平臺，這些“超級顯微鏡”可以在科研、裝備制造中發(fā)揮重要作用。在核醫(yī)藥領域，2024年，我國相繼完成多款醫(yī)用放射性同位素的首次制備，并投放市場。核產業(yè)正在工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、農業(yè)等領域發(fā)揮重要的推動作用。
玲龍一號 探秘全球首個“核能充電寶”
全球首個陸上商用模塊化小型核反應堆“玲龍一號”正在建設中，它設計集約小巧、建設靈活，被業(yè)界稱為是“核能充電寶”。玲龍一號如何做到小巧玲瓏？跟隨記者去一探究竟。
在海南昌江黎族自治縣，距離海岸線不到兩公里的地方，全球首個陸上商用模塊化小型核反應堆“玲龍一號”，正在緊鑼密鼓地施工過程當中。去年8月，“玲龍一號”的心臟，也就是核反應堆的核心模塊“玲龍之心”完成了安裝，今年的2月份，主體工程的結構建設已經全部建成。
“玲龍一號”核電機組的大小僅為傳統(tǒng)商業(yè)反應堆的十分之一。之所以做到如此小巧玲瓏，在于其核心模塊的一體化設計。
中核集團海南核電運行二處運行技術科 姚亮：它采用了國內首臺自主設計的屏蔽式主泵，取消了傳統(tǒng)大堆復雜的管路，我們相較于大堆的外置式高達20米的蒸汽發(fā)生器，“玲龍一號”采用的是直流蒸汽發(fā)生器，不到其1/5，這樣做到更加小巧更加集約。
通俗來講核電站和火電站的發(fā)電原理大致類似，本質上都是燒開水，水燒開了會產生蒸汽，蒸氣推動汽輪機旋轉，進而帶動發(fā)電機產生出電力，不同的是火電站燒水用的是煤，核電站用的是核能燃料。
對于一座30萬標準火電廠，它每年需要消耗原煤大約是100萬噸，需要2萬節(jié)火車皮才能把它運送走。而“玲龍一號”的功率可以做到其1/3，所需的核燃料也只是不到8噸，而且每2年換一次料，一輛卡車就把它送走了?！傲猃堃惶枴苯ǔ赏懂a后年發(fā)電量可達10億度，可滿足海南52.6萬戶家庭生活所需。
“玲龍一號”計劃于2026年并網發(fā)電，屆時，這個“核能充電寶”還能應用于城市供暖、海水淡化、石油開采等多種場景。
硬“核”研發(fā) 推動高端核技術裝備產業(yè)化
小小的原子，本領很多。但要想讓這些微觀的粒子們更多的服務民生和產業(yè)，離不開各類高端核裝備的開發(fā)。在四川綿陽，一個能將粒子加速至接近光速的新型工業(yè)CT樣機剛剛研發(fā)完成，將為高端工業(yè)檢測提供更便捷的選擇。
在中物院流體物理研究所的一間實驗室內，我們看到了全球領先的粒子加速器——我國首個“花瓣加速器”的樣機。
中國工程物理研究院流體物理研究所高級工程師 唐若：它現(xiàn)在是我們高能工業(yè)CT里面世界上分辨率最高的一個裝置，我們現(xiàn)在的整個的空間分辨率指標就做到了就是30個微米。好比在一個大鐵塊里面看到一根頭發(fā)絲的1/3，就可以看出這樣一個小的缺陷。
花瓣加速器的粒子加速路徑像一個花瓣兒，最終能在這個有限空間內，將束流加速至接近光速，可以實現(xiàn)更高能量的輸出，技術難度全球領先。
中國工程物理研究院流體物理研究所研究員 何小中：我們自己都從寫代碼開始，然后怎么去設計，怎么去控制束流的軌跡，怎么去確定里面這些電極的三維結構，還是解決了非常多的技術困難。
在綿陽市中心醫(yī)院核醫(yī)學科，由這個團隊研發(fā)的我國首款醫(yī)用回旋加速器已經投入運行。通過它制備出的放射性醫(yī)用核素，僅需幾分鐘便可被注射進患者體內，用于PET-CT下對病灶進行清晰的顯影。
如今這個產品已走入了國內30余家醫(yī)院，還出口到了海外。通過成果轉化，越來越多的高端和裝備從實驗室走入生產線，服務產業(yè)民生。綿陽市還建成了核技術醫(yī)學轉化重點實驗室、國家原子能機構核技術研發(fā)中心等一批國家級、省級創(chuàng)新平臺，打造出集研發(fā)、生產、服務于一體的全產業(yè)鏈。一個占地4000畝的核醫(yī)學產業(yè)園正在建設中，未來將成為市值超300億元的新質生產力。
探訪微觀世界的“超級顯微鏡”
探秘微觀，核技術的發(fā)展能夠幫助我們在高端裝備制造上，不斷提升硬實力。接下來，我們就要探訪一個“超級顯微鏡”，它可以無損探測到物質內部納米級的微觀結構，也就是大約頭發(fā)絲的十萬分之一。讓我們跟著記者前往今年年底即將開放使用的大科學裝置——“洛書”中子譜儀看一看。
在綿陽中子大科學平臺的冷中子大廳，這根橘紅色的管道就是由我國自主研發(fā)的，即將在今年年底正式對外開放的中子譜儀“洛書”。它的總長度有46米，是目前同類譜儀當中距離最長的。它可以無損地探測到物質的內部結構，它的探測精度可以從1微米到1納米之間，也就是我們正常人頭發(fā)絲的百分之一到十萬分之一。
中子譜儀被稱為微觀世界的“超級顯微鏡”，它巧妙利用了中子的物理性質，來揭示實驗物品內部原子的排列和分布情況。
我們生活的方方面面，大到飛機、高鐵上使用的高端材料，小到電池、芯片材料等，都可以在這個中子科學平臺上展開研究。比如，在研究人員對汽車輪胎硅橡膠材料進行測試的結果。中子譜儀可以看到材料的內部結構，并對它的疲勞程度進行測試。
中國工程物理研究院核物理與化學研究所副研究員 黃朝強：這個拉伸的比例20%，甚至200%，我們就用這種邊測、邊拉、邊測的方式，獲得了炭黑與基體材料之間的關系，這個數(shù)據(jù)對于支撐他們材料本身的認識非常重要。
目前，綿陽中子科學平臺已擁有15臺譜儀，每臺譜儀都相當于一個獨立的實驗室，有不同功能與研究領域。每年提供4000小時的實驗機時，成為我國基礎研究和科技創(chuàng)新領域的重要支撐性基礎設施。
我國核技術應用產業(yè)布局明顯提速
2023年《中國核技術應用產業(yè)發(fā)展報告》中顯示：目前我國核技術應用產業(yè)布局明顯提速。在我國長三角、珠三角、環(huán)渤海和成渝經濟圈等增長極實現(xiàn)了規(guī)模化重點布局，多個產業(yè)園項目陸續(xù)開工。核技術應用優(yōu)勢產業(yè)持續(xù)鞏固。各類射線裝置正在逐步實現(xiàn)自主生產，工業(yè)輻照加速器已經形成一定的產業(yè)化規(guī)模，國產醫(yī)療加速器正在逐步推向市場，國產鈷源實現(xiàn)出口。
未來我們也希望看到我國核技術領域能有更多的創(chuàng)新結果涌現(xiàn)，實現(xiàn)整個產業(yè)鏈的再升級。（張春玲 門曦）
責任編輯：余璇
