国内核仪器现状及发展方向

 

刘继平

 

    1   引言

    核仪器是利用放射性射线的某些特性进行放射性种类和含量测量的一种仪器。核仪器的应用领域十分广泛，几乎涵盖农业、工业、医疗卫生、地质矿山、环境保护、航天、教学、科研、海关等领域，具体如石油测井、辐照加工、环境监测、育种、核燃料工艺控制、无损检测、防化、安检系统、核医学、核电、地震监测等领域。

    按仪器特性可分为两大类，即有源核仪器和无源核仪器。有源核仪器就是本身带有放射源的仪器，此类仪器一般是应用类核仪器，如核子称、X荧光分析仪、灰份仪、钢水液面计、料位计、密度计、湿度计等等，该类仪器主要是基于放射源与被测对象发生某种效应（如吸收、衰减）后，测量射线的变化从而确定被测对象的某些参数；相对而言无源核仪器就是仪器本身不带放射源的仪器，这类仪器一般是直接测量被测对象的放射性核素种类和活度，对被测对象的放射性水平进行评价的一类仪器，如低水平测量系统（低本底α、β测量仪、低本底多道γ能谱仪）、表面污染测量仪器（全身计数器、手脚污染测量仪、地面污染测量仪等）、氡测量系列仪器、中子类系列仪器、矿山辐射测量、安检系统、个人剂量测量系统等。

按应用领域可分为七大类：基本核仪器、工业用核仪器、农业用核仪器、核医学仪器、资源开发核仪器、核电及堆用核仪器、环境保护与辐射防护核仪器。

    2   国内及我厂仪器现状

    2.1 我国核仪器发展历史和概况

    从1957年开始，我国核仪器的发展经历了以仿制为主、自行设计研制、快速发展三个发展阶段。

第一阶段（1957年—60年代中期）为仿制阶段。从仿制前苏联的仪器入手，主要生产用于军工、铀矿勘探和开采的核仪器。

    第二阶段（60年代中期—70年代末）为自行设计阶段。这一阶段，随着经验的积累、技术能力的提高以及国内元器件的发展，我国自行研制了一大批新的核仪器。

    第三阶段（80年代以后）为快速发展阶段。由于大量采用集成电路和计算机处理技术，我国核仪器的质量、功能、品种、数量有了快速的提高和扩大，应用范围也从军用转向国民经济的各个领域。到现在，核电子学和核测量技术已由国家审定为原子能科学技术中的一个独立的二级学科，国内从事核仪器的科研、生产和教学的单位已经近百家。

    2.2国内核仪器现状

    国内核仪器的研制前期主要以三厂（中核北京核仪器厂、西安核仪器厂、重庆建安仪器厂）、四校（清华大学、北京大学、中国科技大学、南京大学）、六所（上海原子核研究所、高能物理所、兰州近代物理所、中国原子能研究院、中国工程物理研究院、中国辐射防护研究院）为代表，根据国外仪器情况，适时进行跟踪改进、研发，后来发展为近百家单位从事核仪器的研制。80年代后，由于核工业及国内政治、经济形势的变化，核仪器一直在走下坡路，近几年来，国家在“十一五”规划中，对能源政策进行调整，大力发展核电，核工业的发展迎来了第二个春天，核仪器产业又开始出现转机。

    下面从应用领域来分析我国核仪器的发展现状。

    2.2.1 基本核仪器

    基本核仪器是核仪器的基本组成部分。它是成套仪器的组成部分和通用部分，主要用以测量与处理核辐射的活度、时间、能量、位置等信息。产品主要是标准机箱、各种电源、放大器、信号处理插件、幅度/数码变换器、时间/数码变换器、信号源（精密信号产生器）、多道分析器等。目前，国内此类核仪器功能部件的品种和规格已初步形成，但性能指标偏低、可靠性和外形美观性较差、更新换代慢，缺少与国外产品的竞争力。

    2.2.2 工业用核仪器

    工业用核仪器主要包括：参量检测仪器（如厚度计、密度计、料位计、核子秤、水分计等）、成份分析仪器和射线探伤仪器等三类。

    我国从1958年开始研制工业用核仪器，由于研制单位分布在各个系统，缺少交流，形成各自为政的松散局面。产品技术和性能指标、可靠性、外形美观性与国外相比差距很大，品种与数量也远远低于国外。

     2.2.3 农业用核仪器

    在农业方面，核仪器主要应用于辐射育种、昆虫辐照不育、同位素示踪技术改造施肥方法等方面。我国从60年代初开始此类核仪器得研制，有一定得基础，但与国外先进水平相比，任有较大的差距。主要表现在仪器得精度差、智能化程度低等。

    2.2.4 核医学仪器

    核医学是八十年代末新兴的一门边缘科学，它广泛用于心、脑、肝、肾、骨以及全身的检测。核医学仪器主要应用于功能测定（如肾图仪、心功能仪、甲状腺功能仪等）、脏器显象（扫描仪、γ相机等）、断层扫描（CT、ECT、PECT 等）、放射免疫分析等。

目前我国核医学仪器仅限于小型台式仪器的研制，大型的核医学仪器如ECT、PECT 等主要依赖进口。

    2.2.5 资源开发核仪器

    资源开发核仪器主要分为两个系列：勘探核仪器和核测井仪器。

    我国从50年代后期开始研制勘探核仪器，曾为铀矿资源勘探与开发做出了应有的贡献。但到70年代以后我国的勘探核仪器处于停滞状态，与国外相比落后近二十多年。

    我国现在有许多单位在研制核测井仪器，仪器水平不断提高，数控测井仪也研制成功并用于油田，但对新方法的基础研究不够，而且光重视地面计算机系统得研制而轻视提高井下仪器性能方面的研究。不同仪器的测量结果可比性较差。

    2.2.6 核电及堆用核仪器

    我国研制和生产堆用核仪器已有近30年的历史，主要以清华大学和中核（北京）核仪器厂等单位为代表。其中中核（北京）核仪器厂生产的控制棒控制系统和位置指示系统、堆外核测量系统、反应堆保护系统和专设系统（模拟线路）已运用于秦山一期、秦山二期核电站，除上述系统外，该厂的堆芯中子注量率测量系统（微型裂变室）、核探测器（硼计数管、补偿电离室、长中子电离室）、堆外核测量系统核探测器定位装置、N16监测系统等已应用巴基斯恰希玛坦核电站。

但是，目前国内核电及堆用核仪器主要还是以模拟线路为主，数字化水平不高，远远适应不了目前我国核电大发展的形势。主要原因是国家投入不足、研发力量分散、研发人才青黄不接。

    2.2.7环境保护与辐射防护核仪器

    在核仪器行业中，从事环境保护与辐射防护核仪器的研制与生产的企业是最多的，全国有近百家单位。研制的产品种类繁多，部分产品接近国际先进水平。但没有形成全国通用的产品系列，产品更新换代慢，产品在可靠性、稳定性和智能化上与国外先进水平还有一定差距。

    2.3 北京核仪器厂核仪器现状

    我厂研发和生产的核仪器经过50年的发展，在国内形成了一定的品牌，产品得到了核工业及其他行业用户认可。我厂的核仪器目前主要集中在无源核仪器方面，主要发展了四类产品：一是核物理实验及教学类产品（基本核仪器）；二是环境保护与辐射防护核仪器；三是核医学系列仪器；四是核电及堆用核仪器。

核物理实验及教学类产品有：NIM机箱、各种NIM插件（各种电源、放大器、信号处理插件、幅度/数码变换器、时间/数码变换器、信号源（精密信号产生器）、多道分析器）、微机多道分析器、核物理实验平台等；

    环境保护与辐射防护核仪器有：FJ 376Χ—γ个人剂量仪、FJ427热释光剂量仪、 FJ411退火炉、 FJ417热释光照射器、FJ402大面积γ—β监测仪、 FJ428多用辐射仪、 FJ373n—γ 辐射仪、FD122闪烁辐射仪、FD125氡钍分析仪、FT648绝对法测氡仪、BH 3212连续测氡及氡析出率仪、BH3105中子剂量当量仪、BH3105D高能中子当量剂量仪、BH3103Χ—γ剂量率仪、BH3206便携式α、β表面污染测量仪、BH1216多路低水平α、β测量仪（闪烁体）、BH1217多路低水平α、β测量仪（半导体）、BH3208核临界报警及测量系统、 BH3209 环境γ辐射监测系统、BH3210 临界事故报警仪、BH3211专用中子监测仪、BH3215区域γ监测系统、BH1308底本底气溶胶样品测量仪、BH1324低本底环境γ谱仪、BH1304放射性物品库监测系统等。 

    核医学系列仪器有：放射免疫测量仪、心脏功能仪、甲脏腺功能仪、肾图仪、骨密度仪、活度计等。

    核电及堆用核仪器有：反应堆控制棒控制系统和位置指示系统、堆外核测量系统、反应堆保护系统和专设系统（模拟线路）、堆芯中子注量率测量系统（微型裂变室）、核探测器（硼计数管、补偿电离室、长中子电离室）、堆外核测量系统核探测器定位装置、N16监测系统等。

对于产能高、市场也比较大的有源核仪器我厂80年代初生产了部分工业用核仪器（如料位计、液面测量、厚度计、荧光分析、湿密度计、水分计等）和资源开发核仪器（油田测井仪器），由于种种原因，目前都已停产。

    3、结束语

    核仪器应用不仅渗透到核工业每个环节，如找矿、选矿、水冶、铀分离、铀浓缩、核燃料加工、核电运行监测、常规环境监测、后处理、运输等等各个环节，都需要相应的核仪器进行监测，同时在其它领域和行业的应用也越来越广。可以预计，只要未来15年，国家核电发展没有出现类似前苏联、美国的核电事故，我国的核工业、核仪器产业的发展将是大有作为的。