全 文 ： 核 农 学 报 2004，l8(1)：1～5
Actu Agricuhurae Nucleatae Sinica
文章编号：1000—8551(2oo4)ol—OO1．05
大力发展军民两用的核技术应用
为国防现代化和国民经济服务
王乃彦
(国家 自然科学基金委员会 ．北 京 100085)
摘 要：中国的核技术应用在 国防现代化建设 、工业、农业、生命科学、材料科学、信息科学、环境
保护和人民健康等方面发挥着重要作用。但从国内的需求情况看，与国外的情况比，中国的核
技术应用还存在明显差距和严重不足。
关键词：核技术应用；国防现代化 ；国民经济建设
PRoMo nNG THE DEvELoPMENT oF NUCLEAR TECHNoLoGY APPLICATIoN IN ClⅡNA
WANG Nai—yan
(National Fund Commitee of Natural Science，Beijing 100085)
Abstract：The application of nuclear technology in China has been playing important parts in the fields of military，
industry，agriculture，medical science，life science，material science，environment protection，etc．However，
comparing with some advanced countries and to satisfy the need of national economy China stil has a long way to
go·
Key words：nuclear technology application；China；development
据统计，美国和日本的国民经济总产值中核技术的贡献约占3％ ～4％。美国核技术产生的年产值
约为 3500亿美元(其中核能部分约占20％，非核能部分约占80％)，日本约为 1500亿美元(核能和非核
能各占一半)，如果也按照 3％～4％的比值来测算，我国核技术应用的年产值应达到 30004000亿元人民
币，这与我国当前核技术应用的产值相差约一个数量级。据不完全统计，我国核技术应用产业为 386亿
元人民币(其中核能部分约86亿元，非核能部分约为 300亿元)，这说明我国核技术应用有很大的市场
和很好的发展前景。国内一些从事核技术应用的企业，由于规模小、资金不足、技术不够先进、产品质量
及承担风险的能力差，在激烈的市场竞争中处于被动的地位，虽然个别的企业做得很好，但毕竟是少数。
目前我国核技术应用有相当一部分被国外厂商所占有，加入 WTO后这种势态还会进一步发展。
核技术是一项军民两用的技术，核探测技术、核仪器仪表、核放射源等已广泛应用于国防建设、国防
科学研究的各个方面。实际上，核技术的许多发展和应用来源于军事需求，发展核技术、实现产业化对
国防建设也有着重要的意义。因此，应呼吁国防科工委和有关部门对我国核技术的发展和应用给予大
力的支持，在政策上和组织上采取必要的措施，以加速推动其发展。
1 核技术应用和产业化的广阔前景
1．1 核技术在信息、微电子学、半导体材料、材料改性等方面的广泛应用
注入离子束或中子束于材料表面以改变固体表面层的性质，用 12MeV电子加速器对硅整流器件
收稿 日期：2003—11-02
作者简介：王乃彦(1935～)，男，国家科学 自然基金委副主任，中国核学会理事长，中国科学院院士，主要从事核科学研究工作。
维普资讯 http://www.cqvip.com
2 核 农 学 报 18卷
(可控硅)的辐射改性已经得到了广泛应用；用金属离子源(MEVA)注人材料表面，增强材料表面的力学
强度和耐摩擦性等已广泛应用于刀具加工、汽车工业与航空航天工业；在核反应堆运用中子嬗变掺杂
(NTD)制造的 N型高阻硅，电阻率已达 30k12·cm以上，少子寿命可以达到 1000ts，均匀性好，成品率高，
适宜于制备优质高阻材料。在 20世纪70年代 ，离子注入已成为微电子线路加工手段之一，80年代该技
术应用于超大规模的集成电路制备，离子束刻蚀相对于光束和电子柬刻蚀具有分辨率高 (可达
0．Ol m)、曝光时间短的优点。由于器件的尺度要求愈来愈小，芯片加工过程中能量的积聚要求愈来愈
小，用低温等离子体刻蚀方法要取代高温沉积法，成为大规模集成电路生产精细图案高保真转移的唯一
经济可行的办法，现在全球 1／3的微电子器件设备采用等离子体技术处理，以奔腾芯片为代表的微处理
器的生产 1／3与等离子体技术有关。目前全世界用于集成电路生产的离子注入机有 3000多台，离子柬
注入半导体的年产值为 1000亿美元，美国为600亿美元(美国核电产值每年为700亿美元)，我国为 200
亿元人民币，预计在本世纪中将有更大的发展。应用氧离子注入到半导体硅片上，在很薄的单晶硅层下
形成绝缘的 SiO，，这种半导体材料称为 SOI(Silicon Insulator)。它具有功耗小、时间响应快、体积小等优
点 ，有很好的发展前景 。
1．2 辐射加工发展迅速
辐射加工作为原子能工业的轻工业在世界各地发展迅速，并已形成产业，年产值约为 200亿美元，
每年以20％左右的速度增长，年总产值接近国民经济总产值的 1％o左右，用于辐射加工的电子加速器超
过 1000台，其总功率为45MW，∞Co放射源的辐照装置强度已达 1亿 ci。与辐射加工有关的反应是辐射
交联、辐射固化、辐射接枝和辐射裂解。主要是由于高分子化合物的辐射化学反应过程受辐照时发生化
学反应量在很宽的温度和剂量率范围内正比于吸收剂量，因此较容易做到控制聚合物中发生化学和物
理变化的程度。一般来说，高分子化合物的相对质量为 105以上，而在每一个高分子化合物中平均只要
有 1个化学键发生了交联或解裂，就会对其物理性质产生重要的影响，而所需的剂量并不大。
到2002年，我国用于辐射加工有64座 30万 ci以上的∞co辐照装置，分布在 20个省市自治区的41
个市县中，实际装源量约为 1700万ci，比1994年增长 183％，有56台功率为5kW的电子柬加速器，其中
进 13 33台，总功率为3532kW，有22台用于热缩材料生产，34台用于辐照电线电缆。功率为5kW以下的
工业用加速器 8台，主要用于聚乙烯发泡，聚合物接枝和涂层固化等生产。国际上辐照加工工业几乎以
每3年翻一番的速度在增长，国内发展也迅速。长春热缩材料股份有限公司是亚洲热缩材料综合能力
最强的企业 ，是中国热缩材料的研究基地，2002年被科技部认定为重点高新技术企业。由中国工程物
理研究院主办的久远科技股份有限公司具有精良的加工设备，专门从事辐射加工产业的应用研究和产
品开发，年生产能力超过亿元，在辐射加工领域已具有雄厚的基础。
和发达国家相比，我国的辐射加工产业差距较大，主要是产品品种少，产业规模小，许多重要的产业
领域尚属空白，不适应市场的需要，因此存在着很大的发展空间。以辐照电线电缆为例，随着城市电网
改造的加快，国内每年需要 1 10mm2阻燃电线就达 200万 km，航天航空、海上石油开采、通讯、核电等
领域需要大量的特种线缆，而且在耐温性、耐环境老化、耐开裂方面都提出了更高的要求，经辐射交联
后，其耐温性、耐化学试剂性显著提高，力学性能和耐开裂性也获得改善，电学性能也有好的变化。200
万 km的线缆每米按5元计算，总产值约 100亿元，其中一部分产值应算做辐射加工的贡献。
高分子聚合物的辐射交联的应用尤为广泛，聚乙烯、聚氯乙烯和橡胶经过辐照后，阻热性、防止化学
腐蚀性和力学强度方面得到明显改善，表 1列举了高分子聚合物辐射交联的商业产品。交联的阻热性
高分子绝缘线已广泛应用于汽车工业、航天航空工业、电讯和家用电器行业，日本、法国、美国、巴西、韩
国和印尼应用橡胶分子的辐射交联显著改善汽车轮胎的物理性能，辐射交联后的价格要高好几倍。
1．3 辐照用于食品储藏保鲜
1980年，FAO／IAEA／WHO在日内瓦开会宣布：任何食品当其总体平均吸收剂量不超过 10kGy时，没
有毒理危险，不再要求做毒理学实验，同时在营养学和微生物学上也是安全的。目前全世界已有42个
国家批准辐照食品200多种，年市场销售总量达30万 t，食品辐照加工已列为国际重点推广项目。
与其他众多的食品保藏方法相比，食品辐照法的优点在于：(1)可以杀菌、消毒并降低食品病原菌的
_
维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 大力发展军民两用的核技术应用 为国防现代化和国民经济服务
污染；(2)食品的辐照处理在常温下进行，特别适用于需保持原有风味的食品和含芳香性成分的食品的
杀菌和消毒；(3)能耗低，无毒物残留，无污染；(4)可以抑制农产食品发芽、减少腐烂和损失。而用二溴
乙烯化学保鲜方法会破坏臭氧层，在不久的将来将被禁止使用。
表 1 高分子聚合物辐射交联的商业产品
产 品 应用范围
交联聚乙烯 PVC
聚 乙烯泡沫
热收缩管和片
交联橡胶
交联聚氨酯(日本)
交联尼龙 (日本)
超级防热的 SiC的光纤(13本)
硫化天然橡胶(马来西亚)
热绝缘性能好、化学性能好的线，加热系统的管道
绝缘物质，包装物和悬浮物质
食品包装，绝缘物质，防腐蚀物质
高品质的汽车轮胎，房屋顶层的保护层(防气候变化)
制动传感器的绝缘电缆
汽车中防热和防化学腐蚀的部分
金属和陶瓷组件
外科手套
现在，全世界有35个国家共7万t的食品经过辐照。在 IAEA的帮助下，越南建造了40万ci的∞co
源对冷冻虾等食品进行辐照。美国有 1000家超级市场出售辐照牛肉。
中国食品辐照始于 1958年，先后批准了 18种辐照食品管理方法，制定了 17种产品的辐射加工工
艺标准。据不完全统计，累计辐照食品数量已近 60万 t，年辐照的产品达 10万 t，且发展迅速，辐照食品
已进入了商业化应用阶段。板栗是中国出口量很大的农产品，每年因发霉、生虫造成的损失达 50％。
用加速器对板栗进行辐照，可使板栗不再发霉生虫。在板栗产区建立辐照中心，一个辐照中心就可使板
栗每年增收260万元，而投资只要280万元。中国有600个板栗生产乡镇，市场需求很大，比板栗产量大
得多的红枣、核桃等农产品同样有霉变、虫害等问题，因此在农业方面辐照加速器有很大的市场。
1．4 核医学发展极为迅速
辐照灭菌消毒的医疗用品种类很多，包括金属制品、塑料制品以及一次性使用的高分子材料医疗用
品等共计上千种，中西药与化妆品也都可以采用辐射消毒灭菌，辐射消毒灭菌将取代常规的化学消毒方
法，因为化学方法所采用的消毒剂环氧乙烷具有强的致癌效应，而要去掉这些残留物将大大提高成本，
从而丧失市场竞争能力，美国从2000年开始停止使用化学消毒法，欧共体及其贸易伙伴自1991年起就
明文禁止在医疗保健行业用化学熏蒸法进行灭菌。随着我国加入 WTO，用辐射消毒彻底取代化学灭菌
法要在 2005年完成。辐射消毒灭菌将成为主流，全世界医疗器械消毒年产值约为 1200亿美元，其中美
国占500亿美元，在发达国家中，80％的钴源装量用于医疗卫生用品的辐射消毒，而中国不足 10％；为反
恐斗争的需要，2001年美国邮政部已购买 8台电子束加速器，每台价值 500万美元，对每天通向政府重
要机关的文件进行“杀毒”。俄罗斯、印度等国家在非典发生期间用紫外光和 x射线杀死 SARS病毒，美
国已研制出低能可移动式电子束加速器，每台成本几万美元，估计将来可降为几千美元。
核医学产业可以分为两个方面：(1)放射性药物，它包括体内和体外的诊断药物和治疗药物；(2)放
射性治疗和诊断装置，它包括加速器、钴源装置、CT、NMR、PET等，诊断药剂约有 100多种，其中最常用
的是同位素 Tc ，1996年美国市场销售额为 5．3l亿美元，2000年为7亿美元，估计 2020年可达 160亿
美元，核治疗药剂在美国 1996年为0．48亿美元，2000年为0．62亿美元，预计 2020年可达60亿美元。
根据国内主要几家放射性药物生产单位的统计，我国 1998年核诊断药物的产值为 1．5亿元，治疗
药物为3000万元，与美国相比差 30倍以上。1995年全国正式注册生产和销售同位素的厂家有 43家，
生产 70多种核素的800多个品种，主要是放射性药品、放射免疫试剂盒、放射性示踪剂和放射源。2002
年产值为4亿元，其中放射免疫盒2亿元，在市场中面临着国外企业的竞争对手，例如美国DPC公司在
天津的德普公司，专门从事免疫药盒的分装，年产值7000万元，占领了 1／3的国内市场，预计 2003年该
公司的产值将达到 1亿元。
装源机(Brachytherapy)用于治疗癌症发展极为迅速，将高比活度、小尺度的放射源( Ir，直径 lmm)
嵌入癌组织处，可使治疗时间从 10—20h减短为 10—20rain，并减少对其他正常组织的破坏。核医疗器
维普资讯 http://www.cqvip.com
4 核 农 学 报 l8卷
械和装置在发达国家中不断完善、增加和更新，在发达国家中大约为 100万人平均有 1～2台用于癌症
放射治疗的装置，全世界约有2000台∞co装置和 6000台加速器用于治疗处于人体内部深部位的癌组
织 ，用直线加速器产生大于 20MeV的 x射线来杀伤癌组织 ，最新方法是采用质子和重离子 ，它可 以更有
效地破坏癌组织并减少副作用。例如用“c离子束治癌已取得很好的效果，日本放射学国立研究所对
1100个骨、肝、肾癌的病例都获得很好的治疗效果。
据 1990年统计，在美国采用放射性药物的医院有 7000多个，共有 7相机和单光子断层扫描 11000
多台，每年接收放射性药物诊断和治疗 的病人 为 2000万人次 ；日本采用放射性 药物 的医院有 1100多
个，共有 7相机和单光子断层扫描 1700多台，每年用放射性药物约 150万人次。我国使用放射性药物 。
的单位约为 1000个，共有 7相机和单光子断层扫描约 120台，每年病人约有 100万人次左右。在全世界
每年耗用的放射性药物中美国约 占 1／3，日本 占 1／25，中国占 1／200。医用电子加速器在全世界已接近 1
万台，美国有 900多台，每年创造产值 180亿美元，日本有2000多台。我国目前大约有400万癌症患者，
拥有医用直线电子加速器不到 100台，医学专家估计，我国至少应有500台。核医疗器械至今还在继续
发展，7刀用于肿瘤的切除，手术精度可达到 0．1mm。核医疗器械的国内市场绝大部分都被国外产品占
领 ，如不采取有利措施 ，情况会更为严重。
1．5 核技术在农业中的应用
核技术在农业中应用大有作为，全世界农作物辐射育种已获得了2252多个新品种，播种面积达几
千万 hm2，产生了巨大的经济效益和社会效应，辐射源除了采用 7射线以外，越来越多地采用中子、离子
束、激光和等离子体辐射源。
我国早在 1990年以前就培育出一批主要粮棉油农作物新品种，如原丰早水稻、鲁棉 1号棉花、鲁原
单4号玉米、太辐 1号小麦等，在 40多种植物上培育和推广新品种 613个，约占世界总和的 1／4，辐射诱
变育种的年种植面积保持在 900Ohm2以上，约占我国各类作物种植面积的 10％，每年为国家增产粮、棉、
油 30～40亿 ，社会经济效益近60亿元。
采用昆虫辐射不育技术可代替农药控制病虫害的生长。据保守估计，由于虫害造成世界粮食每年
减产25％～30％，每年用约 250亿美元的农药，这样大量的使用农药带来了环境的严重污染，在许多国
家已经用昆虫不育技术来取代杀虫剂。用人工大量繁殖害虫，通过辐射使雄虫失去繁殖能力，然后放回
自然，雌虫和不育雄虫交配，产生的卵不能繁衍后代，最终导致这种害虫的灭绝。这种技术曾成功杀灭
果蝇和新大陆螺旋蝇，在墨西哥、美国、阿根廷和秘鲁等国家成功地杀灭和控制了地中海果蝇，在坦桑尼
亚成功地消灭了采采蝇。我国也曾用这一技术控制棉铃虫的生长，并取得了很好的效果。棉铃虫灾可
以造成棉花减产20％。1992年我国棉铃虫灾害严重，5000万 hm2棉田受害，棉花减产40％，防治费用和
受害损失约 1000亿元。完善大规模人工饲养棉铃虫的技术和辐射技术，建立具有周产500万头以上生
产能力的棉铃虫养虫工厂，在 6667hm2以上的范围内释放辐射过的棉铃虫，可以使棉铃虫危害下降到 ’
1％。由于大量减少化学杀虫剂的使用，达到了保护环境、减少污染的效果。
采用核素示踪技术研究肥料(特别是新型生长素微量元素)的吸收，可以改进施肥技术，增加农作物 -
的产量。微量稀土元素在生物体内新陈代谢过程中起重要的生理作用，可以增加植物叶绿素的含量，提
高光合作用效率，增加结实率，可使小麦增产 1．7％～8．5％，使玉米增加双穗率、穗长和粒重，使甜菜增
加产量和含糖量。核分析探测技术可用来研究微量元素在农作物中的分布、吸收、蓄积、迁移等规律。
在分子生物学水平上研究微量元素的生物效应，同时还应开展微量元素通过食物链进入人体内可能产
生的生物效应，尤其是稀土、se、zn等微量元素的效应。核农业技术将会发展成为改造传统农业、促进
农业科学技术进步的一种高新技术。
1．6 核技术在环境治理 中的应用
核技术在 21世纪的环境科学和环境监测以及保护方面会遇到最大的机遇和挑战。首先在环境监
测方面，可以充分应用现有核分析技术所具有的高灵敏度、高准确度、恶劣条件的适应性，对环境进行实
时、远距离监测，对环境污染物化学种态极其效应进行分析和评估，对新型污染物进行鉴别和溯源分析，
核分析技术已成为环境监测分析的质量保证体系中的重要组成部分。
核技术已广泛应用于治理环境污染，与传统的填埋、投海、焚烧等处理方法相比，利用辐射处理污
维普资讯 http://www.cqvip.com
A“口A e ， 5
2004，l8(Ij：1—5
染、废水和其他生物废弃物的方法有显著的优点，它不会造成对环境的二次污染 ，美国已有半生产性的
辐射处理废水工厂 40多座，经处理后的水几乎各项指标都优于常规处理法，运用辐射处理污泥的技术
也已成功运行十多年，处理费用低，处理后的污泥仍保持其原来的养分。
针对燃煤电厂排放的SO：和 NO 对大气造成的污染，采用电子束烟气脱硫脱硝技术是一条切实可
行的办法。电厂排烟中的N 、0 和所含水分，经电子束辐照后，产生大量的OH、0和 HO 等氧化自由
基，这些自由基与烟气中的SO 或 NO 相互作用，发生氧化反应，并生成 H s04和HNO，，所生成的雾状
H2SO 和 HNO，与注入反应器中的NH3相互作用，生成白色粉状的硫酸铵和硝酸铵，这些副产物可以直
接用做化肥。该法的优点在于同时脱除 sO 和 NO 的效率高，分别可达90％和 80％，无二次污染，无需
废水处理，副产物可用做农业化肥。该项技术从 70年代才开始，经过 20多年的努力，现在已从实验室
研究发展到中试装置 ，并获得成功。可以认为建设工业规模 的电子束烟气治理示范性工程 的条件 已经
成熟，1997年日本荏愿制作所和我国电力部合作在成都建成世界上第 1台大型烟气净化示范试验装
置 。
目前全世界 15个国家和地区的火电厂采用烟气脱硫，装机总容量达 24000万 kW，其中80％为湿
法，即传统的湿石灰石 一石膏法脱除烟气中的 SO，，10％为喷雾干燥法，10％为其他方法。这些方法产
生二次污染大，大量废水还要进一步处理。目前日本拥有 1800套装置，总处理能力超过 5000万 kW，美
国为8000万 kW，德国也在 4000万 kW以上。将来都有被新的方法所取代的趋势。
等离子体技术处理三废具有技术优势，它可用于有害物质分解、城市垃圾的高温焚烧、废水废气等
处理。在化学工业中乙炔有“有机合成工业之母”的称号，仅 60年代全世界乙炔产量已达 1000多万 t，
但传统煤乙炔化工逐步被石油．乙烯化工所取代，这是因为煤制乙炔工艺造成严重的环境污染。由于氢
等离子体技术的发展，为煤转化为乙炔研究创造了条件，煤在氢等离子体条件下，在 3700K左右的温度
与氢离子相互作用生成乙炔，这不仅可以减少污染，还可以达到资源的综合利用。
2 几点建议
2．1 国家统筹布局规划核技术应用及产业化发展
建议将核技术应用及产业化列入国家的中长期发展规划，统筹安排国家核技术产业化的工作和各
项产业的布局。国家应该有一个部门来归I=l管理这些工作，克服目前无人管的状态。
2．2 加快管理体制的改革。建立现代化的企业制度
目前许多核技术应用是在科研院所里发展起来的，运行机制落后，吃大锅饭的现象依然严重，职工
的积极性不能充分调动，经营意识淡薄，不适应市场经济的要求，在市场上产品缺乏竞争力。要从体制
改革人手，遵照“产权清晰，责权明确，政企分开，科学管理”的原则，推动科研院所的核技术应用企业建
立现代企业制度，形成符合市场规律的经营管理和激励约束制度，从而使科技真正走上市场。按照国家
有关法规适时深化产权制度改革，更广泛地引入其他社会法人参股，合理确定科技和经营骨干持股比
例，实现股权多元化，使企业的股权结构更加合理，使生产经营与资本运作有机结合，促进产业发展。
2．3 加大资金投入 。建立大型核科技应用的龙头企业
产业化成功的主要标志是产品的规模和市场占有率。我国核技术应用一直形不成规模，资金投入
不足也是一个重要原因，要把规模做大，只靠科研院所那一点微弱的投资和滚动的发展是不行的，目前
核技术应用的许多领域所用的技术是比较成熟的，而且市场需求也是比较明确的，存在的风险不大。只
要领导能下决心，加大投资，就能形成规模，把产业做大，投入的资金就能增值。建议国防科工委在关注
核电、核燃料的同时，划出一块经费投入到核技术应用及其产业化。国防科工委作为政府部门应该关注
和支持我国核技术应用基础研究的发展，使我国核技术应用及产业化的发展有自己的基础，有后劲。另
一 方面，可以用一笔经费支持发展几个龙头企业，可以和农业部、环保局、卫生部、经贸委、科技部协作投
资，共同开发一些项目，并集中力量把它抓好，从实验室阶段抓到中试阶段，直至产品投产，产品产业化
所需资金可采取个人、部门和国家共同承担的方式，各方承担风险，有利于发挥各方面的积极性。
维普资讯 http://www.cqvip.com