高能電子輻照加速器助力醫療衛生服務保障事業

朱志斌 張立鋒/文

在這次新冠肺炎疫情防控期間，為保證防疫物資及時供給，國務院應對新型冠狀病毒感染的肺炎疫情聯防聯控機制醫療物資保障組印發了《關于疫情期間執行醫用一次性防護服輻照滅菌應急規范（臨時）的通知》(以下簡稱《應急規范》)。目前，我國國標醫用防護服大多采用環氧乙烷滅菌，需要7～14 天時間，根據《應急規范》采用輻照滅菌技術，則將這個時間縮短到1 天以內。與傳統滅菌技術相比，基于高能電子輻照加速器的輻照滅菌技術充分體現了其快速的優勢，為防疫物資的及時供應提供了保障。

隨著《應急規范》的出臺，一次性防護服短缺的問題已在生產廠家和輻射滅菌企業的共同努力下得到緩解。2 月12 日，北京原子高科金輝輻射技術應用有限責任公司迎來一批需要輻照的醫用防護服、口罩等防疫物資。該公司所使用的輻照設備，是由原子能院于2007 年研制成功的我國第一臺高能大功率電子輻照加速器。這臺加速器已穩定運行近13 年，為我國輻照加工行業發展做出了重要貢獻。該加速器累計穩定運行超過40000 小時，輻照后的產品性能優良，經實驗室檢測和客戶復檢，合格率達100%。面對此次突如其來的新冠肺炎疫情，原子能院積極參與抗疫工作，充分發揮技術優勢，確保研制的10MeV/20kW 高能電子輻照加速器穩定運行，持續為疫情防控醫用防護服、口罩等防疫物資提供輻照消毒滅菌服務。

10MeV/20kW 高能電子輻照加速器

什么是高能電子輻照加速器？

加速器是核領域最重要設備之一，反映了一個國家核科學和核技術應用的水平，并被廣泛應用于科技、國防、工業、農業、醫療衛生、材料科學等領域，是核技術應用研究及產業化的基礎和關鍵設備。

何謂高能電子輻照加速器呢？要想了解清楚高能電子輻照加速器，首先需要了解什么是電子加速器？電子加速器是一種使用人工方法使電子在真空中受磁力場控制、電場力加速，從而達到高能量的電磁裝置。

電子輻照加速器廣泛應用于醫療衛生用品消毒滅菌、食品保鮮、材料改性等方面。按照電子的能量劃分，電子輻照加速器又可劃分為低能電子輻照加速器、中能電子輻照加速器和高能電子輻照加速器。

不同能量的電子束有其不同的應用領域，而在此次疫情防控期間，我們研制的高能電子輻照加速器便彰顯了其技術優勢。目前運行的高能電子輻照加速器，大多是采用微波功率射頻加速的電子直線型加速器。該類型的加速器技術成熟、性能穩定，為快速處理此次疫情防控物資緊缺問題做出了巨大貢獻。

在國防科工局和中核集團的大力支持下，中國原子能科學研究院項目科研團隊經過8 年的科技攻關與自主創新，突破高能電子輻照加速器大功率束流穩定加速、大功率寬脈沖高壓調制電源、大功率束流耦合加載及熱效應穩定性控制、強流長壽命電子槍等重大技術難題，成功研制出具有自主知識產權的10MeV/20kW 高能電子輻照加速器裝置，大幅提升了重大輻照裝備的國產化制造能力與水平，實現了我國高能大功率輻照加速器從技術落后依賴進口，到替代進口領先國外的跨越，與國內外產品相比市場競爭率高，國內市場占有率第一，顯著提升輻照加工產業發展。

10MeV/20kW 高能電子輻照加速器裝置主要由電子槍、加速管、高壓脈沖調制器、微波功率源系統、控制系統等組成，它涉及束流加速與測控技術、高壓技術、微波技術、控制技術等多個專業技術領域，是綜合技術極高的輻照裝置。其基本工作原理為：電子槍產生的電子通過線性的加速結構構成的加速管時，在傳輸的過程中，由加速管前部的耦合器輸入脈沖微波功率，電微波的高頻電磁場使電子束加速結構不斷獲得微波能量而聚焦加速，最后加速的高能、高功率的電子束從加速器出口輸出，進入掃描或偏轉/掃描空間，利用磁場力將成束的電子掃開成一定的寬度，從薄的金屬膜構成的輸出窗引出，對運動的被照物件進行輻照。

該加速器裝置具有輻照束流集中定向、束流利用充分、效率高、不產生放射性廢物等優點，被廣泛應用于醫療衛生用品消毒滅菌、食品保鮮、材料改性等工業領域。

電子輻照加速器應用情況如何？

由電子加速器產生的高能電子束照射，可使一些物質產生物理、化學和生物學效應，作用于微生物細菌或病原體，達到一定的劑量就全部將它們殺死，達到消毒滅菌的目的。高能電子輻照加速器具有常溫、無損傷、無殘毒、環保、能耗低、運行操作簡便、自動化程度高、適應于大規模工業化生產等特點。電子輻照技術已被廣泛應用于工業生產中的材料改性、新材料制作、環境保護、加工生產、醫療衛生用品滅菌和食品保鮮等。

電子束滅菌應用領域有很多：降解水產品、蜂制品中殘留氯霉素；農副產品、食品、海產品、水產品的保鮮；寵物飼料的殺菌；各種玩具的殺菌；化妝品原料中的有害菌和化妝品在生產中因污染產生的細菌的殺滅；醫療衛生用品的消毒滅菌，其中主要包含衛生材料（以棉織物、無紡布為材料制作的醫用敷料、手術巾、手術衣、急救包和棉球等十幾種衛生材料）；醫用乳膠手套；一次性使用醫療器械；藥品包裝材料；新的醫療保健產品及藥械組合產品；抗癌疫苗和組織庫的輻照等。

目前，國內高能電子輻照加速器總量在80 臺左右，其中原子能院已經簽署20 臺高能電子輻照加速器銷售合同，市場占有率近25%。原子能院已有12 臺高能電子輻照加速器分別裝備在北京、山東、浙江、哈爾濱、河南、吉林、廣東、寧夏和江西9 大省市區，分別應用于醫療器械輻照消毒、醫療保健產品滅菌、醫用水凝膠生產、寵物食品輻照滅菌、寵物玩具輻照滅菌、枸杞輻照滅菌、調味料輻照滅菌和科研領域等。

此次疫情防控期間，由原子能院研制的首臺坐落在北京燕房園工業園區的10MeV/20kW 高能電子直線輻照加速器已經免費輻照了醫用防護服409880 件，醫用隔離衣4000 件，防護口罩（非醫用）70 萬個，醫用鞋套14500 個，醫用護士帽1600 個。

2015 年12 月，該類型輻照加速器在河南漯河投入使用。在此次疫情防控中，該設備也已經免費輻照了一次性醫用口罩360 萬件套，中藥材、中成藥等160 噸，為疫情防控做出了貢獻。

2013年6月該類型輻照加速器在山東投入使用后，穩定運行35000 小時，累計處理寵物食品超40000 噸，創產值20 億元人民幣，其中創匯3 億元。該裝置的投入使用創造了很好的經濟效益和重大的社會效益，促進了加速器輻照加工產業化可持續發展。

利用高能電子輻照加速器處理防疫物資

2019 年12 月16 日，中國原子能科學研究院決策通過了“10MeV/20kW 高能大功率電子輻照加速器裝置”科技成果轉化事項。這項舉措，體現了原子能院改革創新的決心，解放科技人員，充分發揮科研院所的綜合優勢和核技術應用創新源頭的作用，以科技推動產業發展，實現技術突破，完成歷史使命。

未來，原子能院將攻克難關，提高加速器功率，使國產加速器邁入百千瓦的行列，極大地提高加速器的效率，提升技術支持與保障能力，助力我國的醫療衛生服務保障事業。