中子源專利申請分布之探析

孫福洲

摘 要：文章主要對全球中子源相關的專利申請進行了統計和分析，分別將申請量年份趨勢、申請人等進行了專門的統計和分析，從多個角度將中子源的相關專利申請作了分析，繪制了一個清晰明了的發展分布圖。

關鍵詞：中子源；核技術；能源

中圖分類號：T-18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0022-03

Abstract： This paper mainly makes statistics and analysis on the patent applications related to the neutron source in the world， and makes a special statistic and analysis on the year trend of the application amount， the applicant and so on， and analyzes the related patent application of the neutron source from many angles. A clear map of development distribution has been drawn.

Keywords： neutron source； nuclear technology； energy

1 概述

自從1932年B.查德威克用α粒子轟擊實驗發現中子以來[1]，在研究者們的努力下中子物理的研究進展很快，并且已經能夠廣泛的應用于其他科學和技術部門。而不同的中子則其應用也不一樣，中子一般按能量分組，其能量En≥20MeV的中子稱為相對論中子，100KeV≤En≤20MeV的中子稱為快中子，En<100keV的中子稱為慢中子，En<0.5eV的中子為超熱中子，En=0.025的中子為熱中子，以及能量更小的冷中子，同微粒特性一樣，其能量越高，穿透能量越強。

2 中子源的工作原理和分類

中子源根據其應用和原理，主要可分為以下幾種：（1）反應堆裂變型中子源，其中以235U為典型代表[2]，原理為235U吸收一個中子裂變生成2-3個中子，其中子注量率大，能譜較復雜，裝置也較大，常用于反應堆；（2）加速器中子源，主要分為質子加速器中子源和氘氚中子源，主要原理是利用加速的粒子打擊在相應的靶上從而發生核反應，產生中子，其中質子加速器中子源也叫散裂中子源[3][4]，原理為將質子加速至高能量，例如1GeV左右，轟擊重元素靶，例如Pb、W等，發生散裂反應產生中子，其中子產量較大，常用于ADS（加速器驅動次臨界系統）系統來嬗變長壽命核素，而氘氚D-D中子源（或者D-T等中子源）[5]主要原理為利用較低能量的氘束在電場加速下打靶從而聚變產生中子，其體積小，中子量可調，廣泛用于探測等領域；（3）同位素中子源，其原理是利用同位素的衰變釋放α或γ等射線，有的同位素在自發衰變的同時可以釋放出中子，例如252Cf[6]，大部分的同位素中子源為同位素衰變釋放的射線與相應的靶產生反應從而產生中子，例如常見的Am-Be中子源[7]，其制備方便，裝置占地較小，發出的中子基本上是各項同性的，可作為標準源使用，但是其受限于自身結構，這種中子源通常是用兩種粉末混合燒結而成，即對于制定的同位素中子源其中子通量基本固定不可調（通常都偏小），并且其不可控（即不能中斷中子產生的反應），只能屏蔽，源壽命也有限。

3 中子源發展的整體專利申請統計與分析

3.1 專利申請的年度變化趨勢

中子源的專利申請最早出現在1938年，屬于離子加速型中子源，技術方案為：將離子（例如重氫）加速打靶（例如重氫、鋰或者類似材料），從而產生中子（GB1948338A，并存在US、NL和FR的同族）。

為了進一步了解中子源的發展，如圖1所示，現統計了全球中自1938年開始出現至2015年的所有中子源的專利申請，圖中橫坐標表示年份區間，例如1950即是指1938-1950，1960即是指1951-1960，以此類推，從圖中可以明顯看出國內的中子源技術起步較晚，1990年前僅有1篇（CN87100673A，在中國局的申請日為1987年，優先權為1986年），并且并不是國內自己的申請，是德國專利申請的同族，這個原因主要和中國的專利制度（成立較晚）以及國內的技術發展有關。同時，從圖中可以看出，自1960年后出現了迅速的發展，并且其申請量于2000年后再次發生了進一步的提高，而2011-2015年的數據就已經基本靠近前10年的申請量，而其時間僅有5年為前面10年的一半（并且考慮到數據庫的收錄以及可能存在的18個月的公開限制，2014-2015年的數據統計并不完整），所以更加可以看出近幾年的中子源的迅速發展。

3.2 領域內的主要申請國家分布

作為一項重要的前沿技術，中子源的技術涉及較多的重要應用領域，例如核電能源、檢測、醫療等，包囊了民用、軍事領域，所以全球中具有一定實力的國家都會對其花費大量的人力物力進行研究。同大多數領域一樣，像美國、日本等這些經濟強國在中子源領域占了很大的比例，具體如圖2所示，圖2（a）（b）分別是1938-2015以及1997-2013這兩個時間內的全球專利分布統計（其中采用了國別申請統計方式，即存在同族的一片文件會被統計多次，所以結果各國相加的總量會多于上一節的總量，但是這并不影響全球各國的專利申請分布統計），并且在圖2中，僅列出了比例占有達到2%的國家，其余的總和統計為其它。

從圖2（a）中可以看出，在整個中子源的發展史中美國（US）的專利申請明顯領先各國，達到了21%、381件，緊接著便是日本（JP）的專利申請量，為17%、292件，其余幾大國德國（DE）、俄羅斯（RU SU）、中國（CN）、法國（FR）、英國（GB）幾乎相當，再次一階梯的為加拿大（CA）、澳大利亞（AU）、荷蘭（NL）、韓國（KR），剩下的為其余國家的總和，為9%、150件。上述數據表明美國和日本在這方面的專利申請量遠遠領先于其它各國，而中國擠進了第二階梯，雖然此統計結果中的專利申請不完全是某國自己的申請（例如同族），但是可以肯定的是反映了這個國家在這方面的市場、潛力以及自己的重視程度。圖2（b）是今年1997-2013內的全球中子源專利申請分布，對比于圖2（a）我們可以看出其中存在較大的差別，首先，圖中明顯可以看出日本在今年內的專利申請量已經反超了美國，美國、德國、俄羅斯、英國、法國、韓國大體與整個發展史中的趨勢相同，而相比于整體趨勢明顯下降的主要有中國和加拿大，例如中國呈現此狀的原因主要是中國在今年內的發展基本穩定、具體數量也較少，而其它國家呈上升趨勢或者具體數量較多，因此出現了不進就是退的局面。

3.3 領域內的主要申請人統計

圖3示出了中子源領域內主要申請人的專利申請量分布情況，其中日本日立公司的申請量最大，達到39件，荷蘭飛利浦公司幾乎與其相同，第21位是中國工程物理研究院（中國申請人的專利申請較少，并且從公司到研究所、學校等等均由分布），從圖中可以明顯看出主要申請人都是美國（斯倫貝謝、美孚等）、日本（日立、東芝、三菱等）等國家的公司，這個結論也與前述的全球專利分布相一致，并且其中有好幾家公司是與石油相關的，例如美孚、哈里伯頓，而石油測井主要應用的是離子加速型聚變中子源（早期也有同位素中子源測井），所以我們可以推測到離子加速聚變中子源在整個領域中的重要性。

4 結束語

本文主要對中子源的專利申請量分布進行了詳細的統計和分析，經過全球分布和申請人分布的統計得出，日本和美國的專利申請量最大，同樣申請人也是日本的日立公司基本具有最多的專利申請量，中國的專利申請量位于中游，但是中國申請人的專利申請量明顯處于下游，表明了國外技術對中國市場的占有較大，中國在中子源方面的研究較少。此分布脈絡可以有助于相關研究者們充分了解領域的發展，有效的對其研究資源進行分配，減少重復研究和資源浪費。

參考文獻：

[1]蕭如珀，楊信男.1932年5月：查德威克描述中子的發現[J].現代物理知識，2010，22（3）：66-67.

[2]王連壁，王秀芝.252Cf自發裂變中子誘發235U裂變時幾個核素裂變產額的絕對測定[J].核化學與放射化學，1982，4（1）：44-44.

[3]申慶彪，田野，趙志祥.中能質子散裂中子源核子發射與能量沉積的計算[J].中國核科技報告，1996（S1）：3-5.

[4]沙因.脈沖散裂中子源[J].物理，1983，12（2）.

[5]曾文炳，趙彥森，肖宗禮，等.氘氚中子源源強測量[J].核技術，1980（1）：22-29.

[6]張鋒，張高龍，賈文寶.利用252Cf源對鎳精礦進行種子活化分析[J].同位素，2005，18（3）：129-129.

[7]汪幼梅.241Am-Be中子源生產及其應用[J].同位素，1990（1）：65-65.