核物理應用：天然的軍民融合

楊蜜

我們在討論軍工企業和科研院所的發展時，少不了軍民融合這一維度。從初衷來看，我國的核物理研究是為了服務于我國的核工業發展的，而從功能性上來說，核物理的基礎研究“為了科學而科學”的單純性，賦予了它天然的軍民融合的屬性，在應用上不存在軍民之分。

它提供了土壤，至于要結什么果，就看播種者的目的性。就像20世紀30年代關于鈾核裂變現象的發現，揭示了人類有可能從自然界獲取一種巨大新能源的美好前景，然而卻不幸地被首先用于軍事和爭霸，加之后來發生切爾諾貝利事件和福島核電站事故，使得今天人們談核色變。

雖如此，在世界的各個科研院所和大學中，仍然有許許多多的科學家投身到核世界的研究當中，希望能夠將其研究透徹，減少其危害，增加其應用。核物理所就是其中一支重要力量！

¹⁴C，尋找歷史的時間刻度

核科技的神秘面紗是從一本西藏經書慢慢掀開的。

2016年7月，中國原子能科學院的專家在參加西藏咨詢活動時，了解到西藏大學藏文古籍研究所有一份重要的藏經古籍年代不明確，希望能夠通過現代技術推算出經書的大致時間。為此，專家將藏經整理過程中散落的少許碎紙屑帶回北京，交給了核物理所核物理應用研究室。

“我們接到這個任務后，所里利用自主研發的小型加速器質譜儀（AMS），測得用于制作經書紙張的時間為公元1032年（誤差正負56年），這為確定藏文經書年齡提供了十分重要的依據。”核物理應用研究室主任何明介紹。

其中，一個最重要的原理是基于放射性核素¹⁴C。所有的生命體在活著的時候¹⁴C與¹²C的比例是固定的，當生物體死亡后，它的新陳代謝就會停止，其中所含的¹⁴C會逐漸衰變，含量不斷減少。因此，只要測得樣品中¹⁴C與¹²C的比值，就可計算出它的死亡年代。

那么，何為加速器質譜分析？拆開來理解，根據百度百科的定義，質譜即用電場和磁場將運動的離子，按它們的質荷比分離后進行檢測的方法。但在實際操作中，由于¹⁴C的半衰期長，樣品中每千克碳每秒的衰變數很微小，因此測量時要求樣品數量大，給實際操作帶來困難。為解決這一問題，科學家們就將加速器應用其中，將粒子加速到一定能量后，在此狀態下，可有效排除各種干擾，使得分析的靈敏度極大提高，僅需很少樣品即可實現超痕量核素的精確測定。

上世紀，為了更好地服務于核物理的基礎研究和國防建設，核物理所就引進了HI-13串列加速器，搭建了我國第一條加速器質譜裝置（ AMS）。

基于這條AMS系統，核物理所相繼開展了系統的設備、技術和應用研究，先后獲得一項國家科技進步獎和五項省部級科技進步獎。

測量深海的礦藏生長

目前，核物理所依托HI-13串列加速器所搭建的AMS，是國內能量最高的加速器質譜系統，在國際上也是居于前列。

通過不斷的技術改進，目前已實現了³H、¹⁰Be、¹⁴C、³⁶Cl、⁴¹Ca、⁶⁰Fe、¹²⁹I、²³⁶U、²³⁹Pu等十余種長壽命放射性核素的高靈敏測量技術，在國際上也是為數不多。

就拿其中的¹⁰Be來說，它是錳結核中的超痕量放射性核素，而錳結核是一種十分珍貴且優良的礦物資源，分布在深海底部，在現代社會上應用非常廣，小到制造鋼材、大到制造坦克。

依據1982年《聯合國海洋法公約》，中國成為繼印度、法國、日本、俄羅斯之后，第5個注冊登記的大洋錳結核采礦“先驅投資者”。而這一資格來的也并不容易，雖然我們國家已經具備了開采的能力，但是聯合國卻給我們提出了這樣的問題：如何證明這里的錳結核適不適合開采？也就是說這里的礦藏是值得投入的富礦，還是看起來廣茂的貧瘠表層。

這需要多方面的分析、研究，而其中一個關鍵數據就是錳結核的生長速率是多大？這個看似不簡單的任務到核物理所迎刃而解。

“交到了核物理所，按照AMS系統，我們將圓形的錳結核切開剖面，通過分析他里面每一層的¹⁰Be的含量，就可以知道多少萬年生長多少毫米。最后測出每百萬年生長1.2個毫米，可以證明這是一個適合開采的礦藏，”由此為我國獲得30萬平方公里的海洋開采權提供了關鍵數據， “這可是相當于一個省的面積呀”，何明主任補充道。

由于核物理AMS系統的高靈敏、高精度、多范圍的特點，使得該技術除考古學外，還廣泛應用于核能、核安全、環境科學、醫療研究、海洋科學、地質與水文學、超純材料研究和食品藥品安傘等領域。

微孔之間護健康

不知從何時起，防霧霾口罩成了居家必備的良品。

但絕大多數人，對于口罩的選擇并非專業。市面上普通的紗布口罩僅能把大顆粒阻擋住，但對于直徑小于5微米的顆粒物阻擋不住，更不用說PM2.5顆粒物。

而核物理所的重離子微孔膜技術則可以將用于過濾的孔加工至0.2微米～5微米之間。“重離子微孔膜是利用徑跡蝕刻技術制成的一種新型微孔濾膜。簡單而言，就是微米厚的膜，用粒子打上去之后就會出現損傷，經過酸或堿進行蝕刻之后，就會形成微孔，將孔徑控制在微米范圍”，何明主任給我們形象的介紹道。

據核物理所焦學勝副所長介紹，核物理所研發中心研制的防霧霾口罩，經國家勞動用品質量監督檢測中心檢測，過濾效率> 90%，呼氣和吸氣阻力< 180pa，優于國家標準要求。

除了孔型可選且過濾度高的特點外，重離子微孔膜還具有以下優點：表面過濾，截留特性好;拉伸強度大，柔韌性好;機械強度大、表面平整光潔;熱穩定性高和化學穩定性好、不脫落、不會造成第二次污染。

簡言之，它是一種結構理想、性能優越的新型過濾材料。

這一技術的應用也十分廣泛，在醫用上，可對醫用輸液管的中間的過濾器，經過微孔膜技術，能有效過濾藥液中的顆粒物;在防偽上，微孔膜可以制作任何圖案和文字的防偽標識，難以偽造且易于識別;在病理分析上，對人體的體液進行篩分，對篩分后的信息進行分析得到癥結。重離子微孔膜在空氣過濾、“三廢”處理、鋰電池隔膜、納米材料、醫學、環境保護、食品保鮮等領域的應用前景非常廣闊。

開啟融合共建新模式

當我們走近核物理，聆聽這些有趣的案例，將核技術與生活中的各種現象關聯起來之后，我們對“核”也有了新的認識。

畏懼還是擁抱？公眾自有選擇。而在推進核應用的道路上，核物理所積極踐行。

今年1月，為推動軍民融合發展戰略落地生根，核物理所與瑞昌市簽署戰略合作框架協議，開啟了院地合作共建研究機構的融合創新模式。

陳東風所長告訴記者：在此基礎上，我們將以核物理所部分應用項目為試點，以“面向世界科技前沿、面向國家戰略需求、面向國民經濟建設，加強原始科技創新、加強關鍵技術集成、加強科技成果轉化”為指導思想，與瑞昌市政府在當地聯合成立研究院，拓展我院技術發展和應用成果轉化空間，促進瑞昌市產業轉型升級和人才隊伍培養。