发展科普产业，促进科普事业与科普产业并举，是新时代科普发展的新趋势，是从国家战略角度对新时期科普工作提出的新要求。甘肃核产业研究院立足国家战略与产业布局，面向全社会进行核科普工作。

产业上核图聚焦核产业全链条，参考我国地理三阶梯自东向西海拔升高之现实，从右至左呈现海洋、陆地（平原）、山川三大板块，以一堆一器为核心展现了几乎所有核产业应用图景。

依据技术领域将核产业划分为核工业、核探测、核环保、核医学、核辐照。

核工业领域涉及核能开发综合利用的一系列产业技术，主要包括铀矿开采到核燃料元件制造的前端步骤、核反应堆中的利用以及乏燃料处理的后端步骤。

前端步骤

铀矿开采：从地下矿床开采出铀矿石，这是获取核燃料的初始来源。常见的铀矿有沥青铀矿等，目前是主要的原料采集方式之一。

铀矿石加工：开采出的铀矿石需经过破碎、研磨等工序，制成铀精矿，然后进一步通过化学方法提炼出铀的化合物，如重铀酸铵等，最终得到铀的氧化物（主要是二氧化铀）。

铀浓缩：天然铀中可用于核反应堆发电的铀-235同位素含量较低（约0.7%），大部分是铀-238。通过铀浓缩工艺，如气体扩散法、气体离心法等，提高铀-235的丰度，使其达到核反应堆所需的浓度（一般轻水堆需3%-5%左右）。

燃料元件制造：将浓缩后的铀制成适合在核反应堆中使用的燃料元件，比如将二氧化铀粉末压制成燃料芯块，再装入锆合金等材料制成的包壳管中，组装成燃料棒，众多燃料棒构成燃料组件。

核反应堆中的利用

-制成的燃料组件被放入核反应堆中，在反应堆内，铀-235原子核在中子的轰击下发生裂变反应，产生大量的热能。通过冷却剂（如水、氦气等）将热能带出反应堆，用于产生蒸汽，推动汽轮机发电，实现核能到电能的转换。

后端步骤

-乏燃料后处理：在核反应堆中经过一段时间使用后，燃料组件成为乏燃料，其中仍含有大量未裂变的铀-235以及在裂变过程中产生的钚-239等可再利用的核素。通过后处理工艺，可以提取出这些有用核素，进行循环利用，减少天然铀的消耗。后处理方法包括水法后处理（如普雷克斯流程）、干法后处理等。

放射性废物处理与处置：核燃料循环过程中会产生各类放射性废物，根据其放射性水平和半衰期等特性进行分类处理。低、中水平放射性废物可通过固化、多重屏蔽处理、深埋等方式处理；高水平放射性废物（如高放废液）处理难度较大，目前主要采用玻璃固化等技术将其转化为稳定的固体形态，然后进行深地质处置，将其深埋于稳定的地质构造中，使其与人类生存环境长期隔离。

核能的利用除了核裂变还有核聚变。

核聚变是指两个轻原子核，比如氢的同位素氘和氚，在极高的温度和压力条件下，克服它们之间的电荷排斥力，使得它们能够靠近并合并成一个新的、更重的原子核的过程。

在这个过程中会发生质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程E=mc²（E表示能量，m表示质量变化量，c为光速），亏损的质量会转化为巨大的能量释放出来。

核聚变相比核裂变有诸多优势，例如：核聚变的燃料在地球上储量极为丰富，氘可从海水中大量提取，而氚可通过锂的同位素锂-6与中子反应生成；核聚变反应产生的放射性废物相对较少且半衰期短，对环境的长期影响更小；核聚变反应一旦失控，会因燃料耗尽而自动终止，安全性相对较高。若成功将有望为人类提供几乎无尽的清洁能源，为ai算力提供巨大的能源保障。

接下来我们将目光转到加速器上，粒子回旋加速器是一种用于加速带电粒子的设备。利用磁场和电场来加速带电粒子。粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用而做圆周运动，同时在运动路径上设置交变电场，当粒子每次经过电场区域时，电场就会对粒子做功，使其获得能量，速度不断增加，运动半径也随之增大，如此反复，粒子就能被加速到很高的速度。

当前粒子回旋加速器主要有以下应用

-基础科学研究：帮助科学家研究原子核结构、基本粒子性质等，对于深入理解微观世界至关重要。

-材料科学：能通过用加速后的粒子轰击材料，研究材料的性能变化、制造新型材料等

-医学领域：可用于生产放射性同位素，这些同位素在医学诊断（如PET扫描等）和治疗（如放射性治疗癌症等）方面有重要应用。

我们在加速器旁设置核医学中心对核医疗技术进行详细描述。核医疗是将核技术应用于医学领域的一门学科，有着重要的诊断和治疗作用。

诊断方面

-放射性核素显像：利用特定的放射性核素标记在生物活性物质上，如葡萄糖、蛋白质等。将其引入人体后，这些标记物会在特定器官或病变部位聚集，通过体外的探测设备（如伽马相机、单光子发射计算机断层成像仪即SPECT、正电子发射断层成像仪即PET等）检测放射性核素发出的射线，从而生成体内器官或病变的影像，帮助医生了解器官功能、发现早期病变等。例如，PET检查常用于肿瘤的早期筛查及分期评估。

治疗方面

-放射性核素治疗：选择合适的放射性核素，其发射的射线能对病变细胞产生辐射损伤，达到治疗目的。比如碘-131可用于治疗甲状腺疾病，特别是甲亢及部分甲状腺癌，它能被甲状腺组织特异性吸收，然后通过释放β射线破坏甲状腺细胞。

-放射治疗：利用加速器等设备产生的高能射线（如X射线、γ射线、电子束等），从体外对肿瘤等病变部位进行照射，使癌细胞的DNA等受到损伤，抑制其生长繁殖或直接将其杀死。在癌症治疗中应用广泛，不过需精准定位病变部位以尽量减少对周围正常组织的影响。核医疗在现代医学中占据重要地位，能为多种疾病的准确诊断和有效治疗提供有力支持。

同时大家也看到了加速器辐照对于新材料的开发，核辐照技术也是核产业的重要方面。

辐照加工是利用电离辐射（如γ射线、X射线、电子束等）与物质相互作用，对物质进行加工处理的一种技术，具有多方面应用。

-食品领域：

-杀菌保鲜：通过辐照可以杀死食品中的微生物（如细菌、霉菌、酵母菌等）和寄生虫，延长食品的保质期，同时能保持食品原有的营养成分、风味和口感。例如，辐照可用于处理肉类、水果、蔬菜等各类食品。-医疗领域：

-医疗器械消毒：利用辐照能有效杀灭医疗器械上的各种病原体，确保医疗器械的无菌性，广泛应用于一次性医疗器械的消毒处理。

辐照加工在文物保护领域也是一种很有潜力的技术手段。

杀虫灭菌

-文物在保存过程中常常受到微生物（如霉菌、细菌）和害虫（如蠹虫、书虱）的侵害。辐照加工利用电离辐射（如伽马射线、电子束）能够穿透文物材料，有效杀死害虫和微生物。这种方式可以避免使用传统化学药剂带来的残留问题，而且能深入到文物内部进行消杀。例如，对于古籍、木质文物等易受虫害和微生物腐蚀的文物，辐照可以从根本上消除这些隐患。

加固材料

-辐照加工能够使文物保护材料发生聚合反应。比如一些用于加固脆弱文物（如脆弱的陶器、壁画等）的高分子材料，在辐照下可以形成更稳定的聚合结构。这有助于增强保护材料的机械性能，使其更好地对文物起到支撑和加固作用。

人类的另一双眼睛——核探测技术。核探测技术的应用遍及社会方方面面，同时为环境保护贡献了巨大力量。

宇宙射线缪子成像技术，采用天然宇宙射线中的缪子作为射线源，对物体进行成像和无损检测。宇宙射线缪子是天然存在的，无需人工辐射源，对被测物体没有任何损伤，属于非侵入式的检测方法，能够穿透很厚的物质，对于大型物体如山脉、建筑物、核反应堆等的内部结构探测具有独特的优势，可以提供传统检测方法难以获取的内部信息。特别适用于对文物古迹、大型建筑等珍贵物体的检测。

可以用于探测大型文物古迹的内部结构，如古建筑的墙体内部是否存在空洞、裂缝、腐朽等病害，为文物的保护和修复提供重要的依据。例如对西安古城墙的检测，成功发现了城墙中的低密度区域。

矿藏勘探：能够穿透厚厚的地层，探测地下矿藏的分布和储量，为矿产资源的开发提供参考。

中子土壤水检测是一种高效、准确的土壤含水量测量方法。

中子源发射的中子进入土壤后，会与土壤中的各种原子核发生碰撞。其中，氢原子核对中子的减速作用最为明显。因为水分子中含有氢原子，所以土壤中水分含量越高，中子被减速并返回探测器的数量就越多。通过检测返回中子的数量，就可以推算出土壤中的含水量。

测量范围广：可以测量不同深度的土壤含水量，从几厘米到几十厘米甚至更深的深度都可以进行有效测量，这有助于了解土壤水分在不同层次的分布情况。准确性较高：相比一些传统的土壤含水量测量方法，如烘干法等，中子土壤水检测能够更直接地反映土壤中实际的水分状况，并且受土壤质地、结构等因素的影响相对较小。实时监测：可以在不破坏土壤结构的情况下，对土壤水分进行实时、连续的监测，为农业灌溉、生态研究等领域提供动态的数据支持。

工业X射线无损检测是一种在不破坏被检测物体的前提下，利用X射线穿透物体来检查其内部结构和缺陷的技术。

X射线具有较强的穿透能力，能够穿透许多不同密度的材料。当X射线穿透物体时，由于物体内部不同部分（如材料内部的缺陷、不同材质的组合部分等）对X射线的吸收程度不同，使得穿透后的X射线强度产生差异。通过将穿透后的X射线投射到探测器（如胶片、数字探测器等）上，就可以形成反映物体内部结构和缺陷情况的影像。

中子活化分析是一种用于确定矿石等物质中元素组成及含量的高灵敏度分析方法。

当中子与矿石中的原子核发生碰撞时，原子核会吸收中子而变成处于激发态的新原子核。处于激发态的原子核是不稳定的，会通过发射γ射线等方式回到基态，不同元素的原子核在被中子活化后发射的γ射线能量和半衰期等特性各不相同。通过测量这些γ射线的能量、强度及半衰期等参数，就能确定矿石中存在哪些元素以及它们的含量。

这些技术在各自领域发挥重要作用，不仅推动了核产业发展，也在保障人类健康、促进科研进步、保护文物和环境监测等多方面有着不可替代的价值，共同构成了核产业全产业链的壮丽画卷，展现出核技术广泛的应用前景和对人类社会发展的深远意义。