總臺央視記者 張春玲 門曦
提起核能應(yīng)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(xué)、農(nóng)業(yè)等很多領(lǐng)域都能看到前沿的核技術(shù)應(yīng)用，比如說工業(yè)方面的超級顯微鏡；醫(yī)學(xué)方面的放射治療、醫(yī)學(xué)成像；農(nóng)業(yè)方面的植物育種等。根據(jù)相關(guān)預(yù)測，到2025年我國核技術(shù)應(yīng)用市場規(guī)模將達(dá)萬億元。
核能與核技術(shù)應(yīng)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(jì)錄。目前團(tuán)隊正在為下一階段實驗運行做準(zhǔn)備，可控核聚變瞄準(zhǔn)的是人類能源的終極解決方案。而在產(chǎn)業(yè)端，核裂變產(chǎn)生的核能已經(jīng)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(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤1.3億噸，減排二氧化碳3.5億噸。在工業(yè)領(lǐng)域，核技術(shù)還可以應(yīng)用于檢測物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。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(lǐng)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(chǎn)業(yè)正在工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)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(yīng)堆“玲龍一號”正在建設(shè)中，它設(shè)計集約小巧、建設(shè)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(yīng)堆“玲龍一號”，正在緊鑼密鼓地施工過程當(dāng)中。去年8月，“玲龍一號”的心臟，也就是核反應(yīng)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(jié)構(gòu)建設(shè)已經(jīng)全部建成。
“玲龍一號”核電機(jī)組的大小僅為傳統(tǒng)商業(yè)反應(yīng)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(shè)計。
中核集團(tuán)海南核電運行二處運行技術(shù)科 姚亮：它采用了國內(nèi)首臺自主設(shè)計的屏蔽式主泵，取消了傳統(tǒng)大堆復(fù)雜的管路，我們相較于大堆的外置式高達(dá)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(zhì)上都是燒開水，水燒開了會產(chǎn)生蒸汽，蒸氣推動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)后年發(fā)電量可達(dá)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(wǎng)發(fā)電，屆時，這個“核能充電寶”還能應(yīng)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(shù)裝備產(chǎn)業(yè)化
小小的原子，本領(lǐng)很多。但要想讓這些微觀的粒子們更多的服務(wù)民生和產(chǎn)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(jī)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(nèi)，我們看到了全球領(lǐng)先的粒子加速器——我國首個“花瓣加速器”的樣機(jī)。
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(biāo)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(nèi)，將束流加速至接近光速，可以實現(xiàn)更高能量的輸出，技術(shù)難度全球領(lǐng)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(shè)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(jié)構(gòu)，還是解決了非常多的技術(shù)困難。
在綿陽市中心醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，由這個團(tuán)隊研發(fā)的我國首款醫(yī)用回旋加速器已經(jīng)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(jìn)患者體內(nèi)，用于PET-CT下對病灶進(jìn)行清晰的顯影。
如今這個產(chǎn)品已走入了國內(nèi)30余家醫(yī)院，還出口到了海外。通過成果轉(zhuǎn)化，越來越多的高端和裝備從實驗室走入生產(chǎn)線，服務(wù)產(chǎn)業(yè)民生。綿陽市還建成了核技術(shù)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化重點實驗室、國家原子能機(jī)構(gòu)核技術(shù)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(chǎn)、服務(wù)于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈。一個占地4000畝的核醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)園正在建設(shè)中，未來將成為市值超300億元的新質(zhì)生產(chǎn)力。
探訪微觀世界的“超級顯微鏡”
探秘微觀，核技術(shù)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(zhì)內(nèi)部納米級的微觀結(jié)構(gòu)，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(xué)裝置——“洛書”中子譜儀看一看。
在綿陽中子大科學(xué)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(dāng)中距離最長的。它可以無損地探測到物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(zhì)，來揭示實驗物品內(nèi)部原子的排列和分布情況。
我們生活的方方面面，大到飛機(jī)、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(xué)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(jìn)行測試的結(jié)果。中子譜儀可以看到材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并對它的疲勞程度進(jìn)行測試。
中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所副研究員 黃朝強(qiáng)：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(guān)系，這個數(shù)據(jù)對于支撐他們材料本身的認(rèn)識非常重要。
目前，綿陽中子科學(xué)平臺已擁有15臺譜儀，每臺譜儀都相當(dāng)于一個獨立的實驗室，有不同功能與研究領(lǐng)域。每年提供4000小時的實驗機(jī)時，成為我國基礎(chǔ)研究和科技創(chuàng)新領(lǐng)域的重要支撐性基礎(chǔ)設(shè)施。
我國核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)布局明顯提速
2023年《中國核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》中顯示：目前我國核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)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(jīng)濟(jì)圈等增長極實現(xiàn)了規(guī)模化重點布局，多個產(chǎn)業(yè)園項目陸續(xù)開工。核技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)持續(xù)鞏固。各類射線裝置正在逐步實現(xiàn)自主生產(chǎn)，工業(yè)輻照加速器已經(jīng)形成一定的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，國產(chǎn)醫(yī)療加速器正在逐步推向市場，國產(chǎn)鈷源實現(xiàn)出口。
未來我們也希望看到我國核技術(shù)領(lǐng)域能有更多的創(chuàng)新結(jié)果涌現(xiàn)，實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的再升級。
