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中國國產核儀器現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1 引言
核儀器是利用放射性射線的某些特性進行放射性種類和含量測量的一種儀器。核儀器的應用領域十分廣泛，幾乎涵蓋農業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、地質礦山、環(huán)境保護、航天、教學、科研、海關等領域，具體如石油測井、輻照加工、環(huán)境監(jiān)測、育種、核燃料工藝控制、無損檢測、防化、安檢系統(tǒng)、核醫(yī)學、核電、地震監(jiān)測等領域。
按儀器特性可分為兩大類，即有源核儀器和無源核儀器。有源核儀器就是本身帶有放射源的儀器，此類儀器一般是應用類核儀器，如核子稱、X熒光分析儀、灰份儀、鋼水液面計、料位計、密度計、濕度計等等，該類儀器主要是基于放射源與被測對象發(fā)生某種效應（如吸收、衰減）后，測量射線的變化從而確定被測對象的某些參數(shù)；相對而言無源核儀器就是儀器本身不帶放射源的儀器，這類儀器一般是直接測量被測對象的放射性核素種類和活度，對被測對象的放射性水平進行評價的一類儀器，如低水平測量系統(tǒng)（低本底α、β測量儀、低本底多道γ能譜儀）、表面污染測量儀器（全身計數(shù)器、手腳污染測量儀、地面污染測量儀等）、氡測量系列儀器、中子類系列儀器、礦山輻射測量、安檢系統(tǒng)、個人劑量測量系統(tǒng)等。
按應用領域可分為七大類：基本核儀器、工業(yè)用核儀器、農業(yè)用核儀器、核醫(yī)學儀器、資源開發(fā)核儀器、核電及堆用核儀器、環(huán)境保護與輻射防護核儀器。
2 國內及我廠儀器現(xiàn)狀
2.1 我國核儀器發(fā)展歷史和概況
從1957年開始，我國核儀器的發(fā)展經歷了以仿制為主、自行設計研制、快速發(fā)展三個發(fā)展階段。
*階段（1957年—60年代中期）為仿制階段。從仿制前蘇聯(lián)的儀器入手，主要生產用于、鈾礦勘探和開采的核儀器。
第二階段（60年代中期—70年代末）為自行設計階段。這一階段，隨著經驗的積累、技術能力的提高以及國內元器件的發(fā)展，我國自行研制了一大批新的核儀器。
第三階段（80年代以后）為快速發(fā)展階段。由于大量采用集成電路和計算機處理技術，我國核儀器的質量、功能、品種、數(shù)量有了快速的提高和擴大，應用范圍也從轉向國民經濟的各個領域。到現(xiàn)在，核電子學和核測量技術已由國家審定為原子能科學技術中的一個獨立的二級學科，國內從事核儀器的科研、生產和教學的單位已經近百家。
2.2國內核儀器現(xiàn)狀
國內核儀器的研制前期主要以三廠（中核北京核儀器廠、西安核儀器廠、重慶建安儀器廠）、四校（清華大學、北京大學、中國科技大學、南京大學）、六所（上海原子核研究所、高能物理所、蘭州近代物理所、中國原子能研究院、中國工程物理研究院、中國輻射防護研究院）為代表，根據(jù)國外儀器情況，適時進行跟蹤改進、研發(fā)，后來發(fā)展為近百家單位從事核儀器的研制。80年代后，由于核工業(yè)及國內政治、經濟形勢的變化，核儀器一直在走下坡路，近幾年來，國家在“十一五"規(guī)劃中，對能源政策進行調整，大力發(fā)展核電，核工業(yè)的發(fā)展迎來了第二個春天，核儀器產業(yè)又開始出現(xiàn)轉機。
下面從應用領域來分析我國核儀器的發(fā)展現(xiàn)狀。
2.2.1 基本核儀器
基本核儀器是核儀器的基本組成部分。它是成套儀器的組成部分和通用部分，主要用以測量與處理核輻射的活度、時間、能量、位置等信息。產品主要是標準機箱、各種電源、放大器、信號處理插件、幅度/數(shù)碼變換器、時間/數(shù)碼變換器、信號源（精密信號產生器）、多道分析器等。目前，國內此類核儀器功能部件的品種和規(guī)格已初步形成，但性能指標偏低、可靠性和外形美觀性較差、更新?lián)Q代慢，缺少與國外產品的競爭力。
2.2.2 工業(yè)用核儀器
工業(yè)用核儀器主要包括：參量檢測儀器（如厚度計、密度計、料位計、核子秤、水分計等）、成份分析儀器和射線探傷儀器等三類。
我國從1958年開始研制工業(yè)用核儀器，由于研制單位分布在各個系統(tǒng)，缺少交流，形成各自為政的松散局面。產品技術和性能指標、可靠性、外形美觀性與國外相比差距很大，品種與數(shù)量也遠遠低于國外。
2.2.3 農業(yè)用核儀器
在農業(yè)方面，核儀器主要應用于輻射育種、昆蟲輻照不育、同位素示蹤技術改造施肥方法等方面。我國從60年代初開始此類核儀器得研制，有一定得基礎，但與*水平相比，任有較大的差距。主要表現(xiàn)在儀器得精度差、智能化程度低等。
2.2.4 核醫(yī)學儀器
核醫(yī)學是八十年代末新興的一門邊緣科學，它廣泛用于心、腦、肝、腎、骨以及全身的檢測。核醫(yī)學儀器主要應用于功能測定（如腎圖儀、心功能儀、等）、臟器顯象（掃描儀、γ相機等）、斷層掃描（CT、ECT、PECT 等）、放射免疫分析等。
目前我國核醫(yī)學儀器于小型臺式儀器的研制，大型的核醫(yī)學儀器如ECT、PECT 等主要依賴進口。
2.2.5 資源開發(fā)核儀器
資源開發(fā)核儀器主要分為兩個系列：勘探核儀器和核測井儀器。
我國從50年代后期開始研制勘探核儀器，曾為鈾礦資源勘探與開發(fā)做出了應有的貢獻。但到70年代以后我國的勘探核儀器處于停滯狀態(tài)，與國外相比落后近二十多年。
我國現(xiàn)在有許多單位在研制核測井儀器，儀器水平不斷提高，數(shù)控測井儀也研制成功并用于油田，但對新方法的基礎研究不夠，而且光重視地面計算機系統(tǒng)得研制而輕視提高井下儀器性能方面的研究。不同儀器的測量結果可比性較差。
2.2.6 核電及堆用核儀器
我國研制和生產堆用核儀器已有近30年的歷史，主要以清華大學和中核（北京）核儀器廠等單位為代表。其中中核（北京）核儀器廠生產的控制棒控制系統(tǒng)和位置指示系統(tǒng)、堆外核測量系統(tǒng)、反應堆保護系統(tǒng)和專設系統(tǒng)（模擬線路）已運用于秦山一期、秦山二期核電站，除上述系統(tǒng)外，該廠的堆芯中子注量率測量系統(tǒng)（微型裂變室）、核探測器（硼計數(shù)管、補償電離室、長中子電離室）、堆外核測量系統(tǒng)核探測器定位裝置、N16監(jiān)測系統(tǒng)等已應用巴基斯恰希瑪坦核電站。
但是，目前國內核電及堆用核儀器主要還是以模擬線路為主，數(shù)字化水平不高，遠遠適應不了目前我國核電大發(fā)展的形勢。主要原因是國家投入不足、研發(fā)力量分散、研發(fā)人才青黃不接。
2.2.7環(huán)境保護與輻射防護核儀器
在核儀器行業(yè)中，從事環(huán)境保護與輻射防護核儀器的研制與生產的企業(yè)是多的，全國有近百家單位。研制的產品種類繁多，部分產品接近先進水平。但沒有形成全國通用的產品系列，產品更新?lián)Q代慢，產品在可靠性、穩(wěn)定性和智能化上與*水平還有一定差距。
2.3 我廠核儀器現(xiàn)狀
我廠研發(fā)和生產的核儀器經過50年的發(fā)展，在國內形成了一定的品牌，產品得到了核工業(yè)及其他行業(yè)用戶認可。我廠的核儀器目前主要集中在無源核儀器方面，主要發(fā)展了四類產品：一是核物理實驗及教學類產品（基本核儀器）；二是環(huán)境保護與輻射防護核儀器；三是核醫(yī)學系列儀器；四是核電及堆用核儀器。
核物理實驗及教學類產品有：NIM機箱、各種NIM插件（各種電源、放大器、信號處理插件、幅度/數(shù)碼變換器、時間/數(shù)碼變換器、信號源（精密信號產生器）、多道分析器）、微機多道分析器、核物理實驗平臺等；
環(huán)境保護與輻射防護核儀器有：個人劑量儀、熱釋光劑量儀、 退火爐、 熱釋光照射器、大面積γ—β監(jiān)測儀、 多用輻射儀、 n—γ輻射儀、閃爍輻射儀、氡釷分析儀、法測氡儀、氡析出率儀、中子劑量當量儀、高能中子當量劑量儀、Χ—γ劑量率儀、便攜式α、β表面污染測量儀、多路低水平α、β測量儀（閃爍體）、多路低水平α、β測量儀（半導體）、核臨界報警及測量系統(tǒng)、 環(huán)境γ輻射監(jiān)測系統(tǒng)、 臨界事故報警儀、中子監(jiān)測儀、區(qū)域γ監(jiān)測系統(tǒng)、底本底氣溶膠樣品測量儀、低本底環(huán)境γ譜儀、放射性物品庫監(jiān)測系統(tǒng)等。  
核醫(yī)學系列儀器有：放射免疫測量儀、心臟功能儀、甲臟腺功能儀、腎圖儀、骨密度儀、活度計等。
核電及堆用核儀器有：反應堆控制棒控制系統(tǒng)和位置指示系統(tǒng)、堆外核測量系統(tǒng)、反應堆保護系統(tǒng)和專設系統(tǒng)（模擬線路）、堆芯中子注量率測量系統(tǒng)（微型裂變室）、核探測器（硼計數(shù)管、補償電離室、長中子電離室）、堆外核測量系統(tǒng)核探測器定位裝置、N16監(jiān)測系統(tǒng)等。
對于產能高、市場也比較大的有源核儀器我廠80年代初生產了部分工業(yè)用核儀器（如料位計、液面測量、厚度計、熒光分析、濕密度計、水分計等）和資源開發(fā)核儀器（油田測井儀器），由于種種原因，目前都已停產。
3. 我國核儀器發(fā)展存在的問題及建議
3.1我國核儀器發(fā)展存在的問題
我國核儀器行業(yè)經過40多年的發(fā)展，取得了顯著的成績，國外核儀器所涉及的應用領域，我國都開展了研究，個別單項技術接近或達到了先進水平。但就整體而言，我國核儀器的發(fā)展水平比國外落后近二十年，核儀器在外觀上、性能指標上、可靠性上有待進一步提高。存在的主要問題如下：
1）技術力量分散，我國從事核儀器研制的技術力量和裝備分散在各個部門和系統(tǒng)，低水平重復研制的項目多，對高、精、尖的項目缺乏統(tǒng)一協(xié)調和聯(lián)合攻關的能力；
2）國家投入不足，近十幾年來，國家隊核儀器的科研投入非常少，研發(fā)經費主要靠企業(yè)自籌，難以承擔較大和技術難度高的項目；
3）忽視基礎研究，由于國家投入不足，企業(yè)只注重實際應用的項目特別是短平快的項目，對基礎研究心有余而力不足；
4）工藝技術和裝備落后，原材料和元器件質量不過硬，直接影響了核儀器的可靠性和穩(wěn)定性；
5）新產品更新速度慢，產品在智能化、數(shù)字化、網絡化方面與*水平存在較大差距；
6）科研人員老化，整個核儀器行業(yè)科研骨干年齡和知識老化，新產品開發(fā)后繼無人。
3.2 幾點建議
1）國家要投入，支持企業(yè)和科研院所上新項目；
2）從國家的層面來加強基礎研究工作；
3）對核電等重要項目的研發(fā)，國家應在撥款、貸款和稅收政策上給予支持；
4）重視人才的培養(yǎng)；
5）盡快完善國家核儀器質量檢測中心，統(tǒng)一核儀器的技術標準；
6）加強企業(yè)與科研院所的橫向聯(lián)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，提升水平；
7）重視核儀器標準、國標、行標的修訂，爭取大的話語權；
8）加強核儀器行業(yè)協(xié)會的引導工作。
3.3 國內核儀器的發(fā)展方向
國外儀器廠家眾多，分工比較細，一個企業(yè)只做一個方面的產品，如BICRON公司只生產閃爍探測器，ORTEC公司只生產電子學儀器如NIM等，AUTOMESS公司只生產一些便攜式環(huán)境監(jiān)測類儀器等。目前主要有四個有實力的公司，美國的ORTEC公司、歐洲系統(tǒng)測量公司（CANBBERA公司）、美國熱電公司和德國伯托公司。
這四個公司產品主要特點：系列化、數(shù)字化、網絡化和現(xiàn)場化。其中以系列化為突出，如γ劑量率類儀器，從量程看既有環(huán)境儀表、防護儀表、也有寬量程儀表（跨環(huán)境和防護級）；從使用的探頭看有高靈敏度塑料閃爍體探測器、有價格便宜的GM管探測器，有做了能量平衡的NaI（Tl）探測器等；從功能上看智能顯示、控制、存儲、打印、遠程控制及人性化的接口是*。
根據(jù)國外核儀器的發(fā)展情況，我國核儀器的發(fā)展方向主要應向四個方面發(fā)展，即系列化、數(shù)字化、網絡化和現(xiàn)場化。
在系列化方面，國內核儀器要尤其注重系列程度，一種產品要根據(jù)市場不同客戶群進行定位，充分考慮不同用戶群的需求，不論是中子儀表還是α、β、γ等儀表，開發(fā)出系列產品（不同檔次、不同量程），總有一款適合用戶。
數(shù)字化方面，主要是指電子處理技術發(fā)展方向，國內核儀器的發(fā)展應與通用電子學技術同步發(fā)展，應將數(shù)字化處理技術、CPLD/FPGA技術、嵌入式技術、微功耗技術、高新顯示技術、掌上電腦等等在核儀器得到了充分的應用，這樣才能大大提高了儀器的可用性、實用性和可靠性，明顯增加儀器的附加值，以得到了用戶的認可和追捧。
網絡化方面，主要是指儀器要具有網絡接口，多個儀器方便的組成監(jiān)測網絡，由中心計算機統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)獲取的控制、顯示及處理。網絡技術目前主要是有線網絡和無線網絡兩種方式。有線網絡主要有采用以太網組網和采用RS-485等組網，目前的發(fā)展方向是基于以太網的網絡；無線網絡主要有基站式網絡和采用GSM/CDMA網絡進行組網，采用基站式的網絡投資大，維護成本高，通訊距離有限，目前逐步被基于GSM/CDMA的網絡所代替。國外在這方面發(fā)展較早，90年代初，在互聯(lián)網剛剛興起的時候，國外儀器就開始了這方面的研究，目前已經有商品化的儀器供應市場。儀器作為一個網絡終端，通過自身的以太網口連接到互聯(lián)網或局域網，經過，在互聯(lián)網上任何一臺其他計算機都控制訪問該儀器，這就較好的實現(xiàn)了儀器的遠程使用和控制，代表了儀器的發(fā)展方向，以后估計沒有網絡控制功能的儀器將逐步淡出市場。在07年核工展上德國一個核儀器廠家展出了一種采用GSM網絡的儀器終端及處理計算機系統(tǒng)。
現(xiàn)場化方面，在很多領域，如海關監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等，測量要求快速給出測量結果，尤其是應急測量要求更是嚴格，鑒于此，目前實驗室儀器和便攜式儀表的界限越來越模糊，總的發(fā)展趨勢是向現(xiàn)場化發(fā)展，即儀器在現(xiàn)場就測量分析出終結果，不用取樣分析，不用到實驗室進行復雜的分析等。
4、 結束語
核儀器應用不僅滲透到核工業(yè)每個環(huán)節(jié)，如找礦、選礦、水冶、鈾分離、鈾濃縮、核燃料加工、核電運行監(jiān)測、常規(guī)環(huán)境監(jiān)測、后處理、運輸?shù)鹊雀鱾€環(huán)節(jié)，都需要相應的核儀器進行監(jiān)測，同時在其它領域和行業(yè)的應用也越來越廣。預計，只要未來15年，國家核電發(fā)展沒有出現(xiàn)類似前蘇聯(lián)、美國的核電事故，我國的核工業(yè)、核儀器產業(yè)的發(fā)展將是大有作為的。