2019年6月5日 星期三

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一說到核就想到核能,其實這個市場更大
發布日期:2021-08-05    發布:中國核學會


本文根據柴之芳院士在中國(國際)核技術產業發展論壇上的講話整理而成。

他談到:

 我們一想到核,首先想到的是核能。但其實核能的總產值是比不上核技術應用的,只有后者的四分之一到五分之一;更不用說給社會提供的工作崗位,民用核技術領域提供的工作崗位數量是核能的十倍。

● 今年7月起,PET/CT檢查被納入浙江省大病保險支付范圍。我想別的省份也可能跟進。

● AI、人工智能、機器學習等新技術,將使制藥業發生革命性的變化。研制同位素新藥也需要學習,與AI結合起來,才能打開同位素藥物的新天地。

 真正的氫能需要綠顏色的氫,不要黑顏色的氫。核技術怎么去幫助實現?

 現在我國核技術發展面臨的主要問題,是體量還不夠,上升空間很大。

 產業化還要解決的一個問題是體制機制?,F在都講“卡脖子”,不能忘了我們自己還在卡自己的脖子。

 要加快醫用質子和重離子加速器市場轉化速度。我的看法是質子治療在先、重離子治療在后,因為重離子要求醫院投入的成本太高了,第一步還是從質子開始。


01

—  核技術的特點 

核技術是一門基于核性質、核反應、核效應、核輻射、核譜學和核裝置的高技術。

核技術有幾個特點,首先是科學的技術化和技術的科學化。不能一說技術就說做一個產品,必須要懂得里面的科學是什么;同時做科學的如果僅僅是發表優秀的論文,也是不夠的,一定要想辦法做到成果轉化。
其次是交叉性。交叉學科當前備受國家重視,從國家科技部、自然科學基金委員會,再從這次兩院院士大會上習近平總書記的講話,都關注到交叉融合。核技術和別的學科融合,產生了很多交叉學科,比如核醫學、放射醫學,還有核地學、核農學、核天文學、核水文學等。
再有就是產業化,這是今天要談的主要方面。核技術應用的全球產業化規模近萬億美元,發達國家的經濟效應已經超過了GDP的2%。美國長期保持在GDP的4%~5%,大約每年8000億美元;日本和歐洲占GDP的2%~3%。我國核技術應用產業已初具規模,年產值超3000億元,近年來年均增長率超過20%,但整體來看體量還是不夠,產值僅占GDP的0.4%左右。

我們一想到核,首先想到的是核能。但其實核能的總產值是比不上核技術應用的,只有后者的四分之一到五分之一;更不用說給社會提供的工作崗位,民用核技術領域提供的工作崗位數量是核能的十倍。國民經濟的10大門類都是核技術的應用場景,其中工業應用最多,往下是醫療、農業等。根據統計數據,我國在用的放射源14.4萬枚,射線裝置18.9萬臺。



02

—  我國核技術應用現狀 

民用核技術中很大一塊是同位素,醫用同位素就是今天發布會的主題。這是一個很龐大的市場,每年使用Tc-99m的診斷人數有4000萬左右,其中美國就使用了全球50%以上的Tc-99m。全球有超過650多臺30MeV或者更高能量的加速器,還有3000余臺正電子發射計算機斷層顯像(PET/CT)設備。

1958年我國剛建好反應堆時,其實已經研制出了30多種的同位素,如Mo-99、I-131、I-125、Sr-89、P-32、Sm-153等,可以滿足國內的一些需求。但是由于反應堆的老化、退役,承擔的國家科研任務重,研究堆不能滿足商用要求,現在能夠提供的同位素太少了,絕大部分要靠進口。
我國從事核醫學診斷的機構2017年是927家,最新有1148家,核醫學診斷的從業人員12578人,PET設備是427臺,小型回旋加速器120臺左右,還有單光子發射計算機斷層成像術(SPECT)設備和γ照相機等903臺。我國顯像診斷每年是340萬人次,其中PET/CT約85萬人次,核素治療每年52.8萬人次。
醫療中應用了大量的PET設備,現在的數量還在增加之中。今年7月起,PET/CT檢查被納入浙江省大病保險支付范圍。我想別的省份也可能跟進。這有利于PET/CT的推廣和發展。
上面說的是診斷,2015年全國有1413家開展核醫學治療的機構,現在還在增加。很多醫院都有放射治療設備和直線加速器。設備包括伽瑪刀,還有質子和重離子治療設備。上海復旦大學附屬腫瘤醫院引進了一臺重離子治療裝置,中國科學院近代物理研究所研制成功了一臺,現在已投入運營。現在還有很多的醫院想建,需要國家衛生健康委員會的審批。
伽瑪刀主要用的是Co-60源,工業上也用了很多鈷源,秦山核電站利用重水堆實現了自主生產?,F在國內共有130多座鈷源的輻照裝置,總量是1.7億居里,大多用于滅菌消毒、電纜材料等方面。我國單座國產輻照裝置設計裝源能力能達到600萬居里,可以說相當高,有一些還出口到東南亞一帶的國家。
輻照加速器的數量也很可觀,主要用在材料改性、污染物處理、電線電纜、殺菌消毒、食品保藏等,國產的輻照加速器在國內的市場占有率達到80%,增長迅速。我國加速器在低能、中能、高能都有布局,當然占比各有不同,在高能加速器方面還要努力。

輻照在我國的食品和農業領域發揮巨大作用,無論從種類還是數量上都位居世界前列。輻照育種方面,大面積的播種面積可以達到900萬公頃。另一個是中藥的輻照,每年有超過30萬噸的中藥采用輻照處理。檢疫、環境、公共安全等領域也有很多新產品在嘗試。去年新冠疫情期間,核技術完成了大量醫療物資的輻照滅菌,而且相當一部分是免費輻照的,為國家做出了重要貢獻。



03

— 展望及建議 

對核技術的展望分四個方面,第一個還是技術,沒有先進的工具做不了好的工作;第二,國家的需求;第三,科學前沿;第四,產業化。

技術方面,首先是研究堆,研究堆可以開展中子散射等核物理實驗,也可以進行同位素制備,不過研究堆生產同位素會受到一些限制。
然后是同步輻射光源,光源對于產業化似乎作用不大,但對于前沿科學意義重大。例如依托上海光源就產生了很多優秀的論文。如今在建的北京光源,是亮度最高的第四代同步輻射光源,希望四年后能夠建好,它對核技術的開拓非常有利,對生命醫學、化學、材料等學科的研究也能起到支撐作用,例如對于蛋白質的結構測定。還有在東莞建成的中國散裂中子源,對物理化學、生物醫學都可以起到重要作用。除了這些大的裝置以外,還有一些小型的反應堆、模塊堆,多用途的加速器、多種的放射源、各種新型的輻射探測器,還有大數據、人工智能等,都能推動核技術的發展。
第二是國家的需求?!鞍踩袊?、經濟強國、貿易強國、美麗中國、健康中國”,核技術應該圍繞國家的重大需求來投入。比如當前很受關注的質子、重離子治療,質子、重離子束進入身體,能量一開始比較小,最后把能量沉積在腫瘤位置上,達到了殺死腫瘤細胞的良好效果。還有硼中子俘獲療法(BNCT),現在BNCT有一種藥物在日本已經被新藥評審,得到日本FDA批準,我們國內還沒有,不過國內也已研制成功我國首臺自主研發BNCT實驗裝置。
AI、人工智能、機器學習等新技術,將使制藥業發生革命性的變化。研制同位素新藥也需要學習,與AI結合起來,才能打開同位素藥物的新天地。不然做出的所有同位素藥物都跟國外的一樣,沒有創新。還有3D打印技術也可以被引入同位素藥物的研制。
第三是科學前沿。今天氫能發展得很快?,F在很多汽車都是電動的,這個電哪來的?還是通過石油轉化來的,所以并不是真正的氫能。真正的氫能需要綠顏色的氫,不要黑顏色的氫。核技術怎么去幫助實現?
當然,核技術在尖端領域的研究還有很多。比如最近我看到北京大學利用放射性同位素在生物的正交體系來研究腫瘤交往過程中的免疫機制,里面的核心是放射性物質。相信這樣的研究會越來越多。
最后一個是產業化。現在我國核技術發展面臨的主要問題,是體量還不夠,上升空間很大。每百萬人口PET的數量,中國是0.17,與美國差了25倍以上,與韓國也差了25倍?,F在美國70%左右的腫瘤患者用放療,而我國放療設備每百萬人口只有1.57臺,只有美國的六分之一到七分之一,我們未來的空間很大。
與此同時,產業發展系統性和前瞻性不足,缺乏原創性成果,一些關鍵核心技術依賴國外,科技成果轉化效率不高,產業結構需優化。核醫學診斷和治療藥物及新型核素的研發基礎也比較薄弱,大量急需的同位素、放射性藥物、標記化合物或原料仍需進口。
產業化還要解決的一個問題是體制機制。現在都講“卡脖子”,不能忘了我們自己還在卡自己的脖子。為什么放射性藥物發展不快?很多企業不愿意做,因為周期太長了。企業要盈利,不可能做八年、十年一分錢不賺。放射性藥物的研發難度大,審批周期長,運輸又是個大問題,監管要求也高。當然該監管的絕對不能放松,但是要科學地監管。所以我覺得“卡脖子”的事情太多,這個問題不解決,就會影響到我國民用核技術的發展。
所以,建議制定國家核技術規劃,加強國家政策扶持;加強科學監管,創新體制機制;完善相關制度、法規及標準;加強基礎研究;研發新型核技術設備;加強國際合作,推動產品、技術和服務走出國門。
“十四五”期間,核技術產業以年均20%的速度增長,希望到2025年,我國核技術應用產值從目前的3000多億元能夠發展到5000億元,其中包括同位素制品及放射性藥物500億元,輻射改性新材料產品1500億元,輻射加工服務業1000億元,食品及農水產品輻射加工500億元,中高端醫療裝備800億元,輻射加工裝備、無損檢測等1000億元。
要加快醫用質子和重離子加速器市場轉化速度。我的看法是質子治療在先、重離子治療在后,因為重離子要求醫院投入的成本太高了,第一步還是從質子開始。當然重離子和質子的優劣,還是需要詳細計算的。開發醫用直線加速器,加快國產PET/CT等設備上市,研制高質量、低輻射劑量的移動式DR檢查系統。加強醫用同位素保障供給,建立醫用同位素穩定自主供給體系。還要開發Ac-225等國內尚無的放射性靶向治療藥物,其產業化還有很大的空間。
習近平總書記所說的“堅持創新驅動”,指出了我們的問題和方向。核技術對國家的貢獻很大,但創新驅動還不夠。我國核技術正處于高速發展的初期,體制機制必須創新,助力我國核技術高水平、可持續的發展。要深化核領域的基礎研究、關鍵技術研發、創新成果轉化等,推進核產業和新一代數字技術的深度融合,為全球核行業創新發展貢獻更多智慧。

 (作者系中國科學院院士)



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