核物理应用：天然的军民融合

杨蜜

我们在讨论军工企业和科研院所的发展时，少不了军民融合这一维度。从初衷来看，我国的核物理研究是为了服务于我国的核工业发展的，而从功能性上来说，核物理的基础研究“为了科学而科学”的单纯性，赋予了它天然的军民融合的属性，在应用上不存在军民之分。

它提供了土壤，至于要结什么果，就看播种者的目的性。就像20世纪30年代关于铀核裂变现象的发现，揭示了人类有可能从自然界获取一种巨大新能源的美好前景，然而却不幸地被首先用于军事和争霸，加之后来发生切尔诺贝利事件和福岛核电站事故，使得今天人们谈核色变。

虽如此，在世界的各个科研院所和大学中，仍然有许许多多的科学家投身到核世界的研究当中，希望能够将其研究透彻，减少其危害，增加其应用。核物理所就是其中一支重要力量！

¹⁴C，寻找历史的时间刻度

核科技的神秘面纱是从一本西藏经书慢慢掀开的。

2016年7月，中国原子能科学院的专家在参加西藏咨询活动时，了解到西藏大学藏文古籍研究所有一份重要的藏经古籍年代不明确，希望能够通过现代技术推算出经书的大致时间。为此，专家将藏经整理过程中散落的少许碎纸屑带回北京，交给了核物理所核物理应用研究室。

“我们接到这个任务后，所里利用自主研发的小型加速器质谱仪（AMS），测得用于制作经书纸张的时间为公元1032年（误差正负56年），这为确定藏文经书年龄提供了十分重要的依据。”核物理应用研究室主任何明介绍。

其中，一个最重要的原理是基于放射性核素¹⁴C。所有的生命体在活着的时候¹⁴C与¹²C的比例是固定的，当生物体死亡后，它的新陈代谢就会停止，其中所含的¹⁴C会逐渐衰变，含量不断减少。因此，只要测得样品中¹⁴C与¹²C的比值，就可计算出它的死亡年代。

那么，何为加速器质谱分析？拆开来理解，根据百度百科的定义，质谱即用电场和磁场将运动的离子，按它们的质荷比分离后进行检测的方法。但在实际操作中，由于¹⁴C的半衰期长，样品中每千克碳每秒的衰变数很微小，因此测量时要求样品数量大，给实际操作带来困难。为解决这一问题，科学家们就将加速器应用其中，将粒子加速到一定能量后，在此状态下，可有效排除各种干扰，使得分析的灵敏度极大提高，仅需很少样品即可实现超痕量核素的精确测定。

上世纪，为了更好地服务于核物理的基础研究和国防建设，核物理所就引进了HI-13串列加速器，搭建了我国第一条加速器质谱装置（ AMS）。

基于这条AMS系统，核物理所相继开展了系统的设备、技术和应用研究，先后获得一项国家科技进步奖和五项省部级科技进步奖。

测量深海的矿藏生长

目前，核物理所依托HI-13串列加速器所搭建的AMS，是国内能量最高的加速器质谱系统，在国际上也是居于前列。

通過不断的技术改进，目前已实现了³H、¹⁰Be、¹⁴C、³⁶Cl、⁴¹Ca、⁶⁰Fe、¹²⁹I、²³⁶U、²³⁹Pu等十余种长寿命放射性核素的高灵敏测量技术，在国际上也是为数不多。

就拿其中的¹⁰Be来说，它是锰结核中的超痕量放射性核素，而锰结核是一种十分珍贵且优良的矿物资源，分布在深海底部，在现代社会上应用非常广，小到制造钢材、大到制造坦克。

依据1982年《联合国海洋法公约》，中国成为继印度、法国、日本、俄罗斯之后，第5个注册登记的大洋锰结核采矿“先驱投资者”。而这一资格来的也并不容易，虽然我们国家已经具备了开采的能力，但是联合国却给我们提出了这样的问题：如何证明这里的锰结核适不适合开采？也就是说这里的矿藏是值得投入的富矿，还是看起来广茂的贫瘠表层。

这需要多方面的分析、研究，而其中一个关键数据就是锰结核的生长速率是多大？这个看似不简单的任务到核物理所迎刃而解。

“交到了核物理所，按照AMS系统，我们将圆形的锰结核切开剖面，通过分析他里面每一层的¹⁰Be的含量，就可以知道多少万年生长多少毫米。最后测出每百万年生长1.2个毫米，可以证明这是一个适合开采的矿藏，”由此为我国获得30万平方公里的海洋开采权提供了关键数据， “这可是相当于一个省的面积呀”，何明主任补充道。

由于核物理AMS系统的高灵敏、高精度、多范围的特点，使得该技术除考古学外，还广泛应用于核能、核安全、环境科学、医疗研究、海洋科学、地质与水文学、超纯材料研究和食品药品安伞等领域。

微孔之间护健康

不知从何时起，防雾霾口罩成了居家必备的良品。

但绝大多数人，对于口罩的选择并非专业。市面上普通的纱布口罩仅能把大颗粒阻挡住，但对于直径小于5微米的颗粒物阻挡不住，更不用说PM2.5颗粒物。

而核物理所的重离子微孔膜技术则可以将用于过滤的孔加工至0.2微米～5微米之间。“重离子微孔膜是利用径迹蚀刻技术制成的一种新型微孔滤膜。简单而言，就是微米厚的膜，用粒子打上去之后就会出现损伤，经过酸或碱进行蚀刻之后，就会形成微孔，将孔径控制在微米范围”，何明主任给我们形象的介绍道。

据核物理所焦学胜副所长介绍，核物理所研发中心研制的防雾霾口罩，经国家劳动用品质量监督检测中心检测，过滤效率> 90%，呼气和吸气阻力< 180pa，优于国家标准要求。

除了孔型可选且过滤度高的特点外，重离子微孔膜还具有以下优点：表面过滤，截留特性好;拉伸强度大，柔韧性好;机械强度大、表面平整光洁;热稳定性高和化学稳定性好、不脱落、不会造成第二次污染。

简言之，它是一种结构理想、性能优越的新型过滤材料。

这一技术的应用也十分广泛，在医用上，可对医用输液管的中间的过滤器，经过微孔膜技术，能有效过滤药液中的颗粒物;在防伪上，微孔膜可以制作任何图案和文字的防伪标识，难以伪造且易于识别;在病理分析上，对人体的体液进行筛分，对筛分后的信息进行分析得到症结。重离子微孔膜在空气过滤、“三废”处理、锂电池隔膜、纳米材料、医学、环境保护、食品保鲜等领域的应用前景非常广阔。

开启融合共建新模式

当我们走近核物理，聆听这些有趣的案例，将核技术与生活中的各种现象关联起来之后，我们对“核”也有了新的认识。

畏惧还是拥抱？公众自有选择。而在推进核应用的道路上，核物理所积极践行。

今年1月，为推动军民融合发展战略落地生根，核物理所与瑞昌市签署战略合作框架协议，开启了院地合作共建研究机构的融合创新模式。

陈东风所长告诉记者：在此基础上，我们将以核物理所部分应用项目为试点，以“面向世界科技前沿、面向国家战略需求、面向国民经济建设，加强原始科技创新、加强关键技术集成、加强科技成果转化”为指导思想，与瑞昌市政府在当地联合成立研究院，拓展我院技术发展和应用成果转化空间，促进瑞昌市产业转型升级和人才队伍培养。