中子源专利申请分布之探析

孙福洲

摘 要：文章主要对全球中子源相关的专利申请进行了统计和分析，分别将申请量年份趋势、申请人等进行了专门的统计和分析，从多个角度将中子源的相关专利申请作了分析，绘制了一个清晰明了的发展分布图。

关键词：中子源；核技术；能源

中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：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

自从1932年B.查德威克用α粒子轰击实验发现中子以来[1]，在研究者们的努力下中子物理的研究进展很快，并且已经能够广泛的应用于其他科学和技术部门。而不同的中子则其应用也不一样，中子一般按能量分组，其能量En≥20MeV的中子称为相对论中子，100KeV≤En≤20MeV的中子称为快中子，En<100keV的中子称为慢中子，En<0.5eV的中子为超热中子，En=0.025的中子为热中子，以及能量更小的冷中子，同微粒特性一样，其能量越高，穿透能量越强。

2 中子源的工作原理和分类

中子源根据其应用和原理，主要可分为以下几种：（1）反应堆裂变型中子源，其中以235U为典型代表[2]，原理为235U吸收一个中子裂变生成2-3个中子，其中子注量率大，能谱较复杂，装置也较大，常用于反应堆；（2）加速器中子源，主要分为质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击在相应的靶上从而发生核反应，产生中子，其中质子加速器中子源也叫散裂中子源[3][4]，原理为将质子加速至高能量，例如1GeV左右，轰击重元素靶，例如Pb、W等，发生散裂反应产生中子，其中子产量较大，常用于ADS（加速器驱动次临界系统）系统来嬗变长寿命核素，而氘氚D-D中子源（或者D-T等中子源）[5]主要原理为利用较低能量的氘束在电场加速下打靶从而聚变产生中子，其体积小，中子量可调，广泛用于探测等领域；（3）同位素中子源，其原理是利用同位素的衰变释放α或γ等射线，有的同位素在自发衰变的同时可以释放出中子，例如252Cf[6]，大部分的同位素中子源为同位素衰变释放的射线与相应的靶产生反应从而产生中子，例如常见的Am-Be中子源[7]，其制备方便，装置占地较小，发出的中子基本上是各项同性的，可作为标准源使用，但是其受限于自身结构，这种中子源通常是用两种粉末混合烧结而成，即对于制定的同位素中子源其中子通量基本固定不可调（通常都偏小），并且其不可控（即不能中断中子产生的反应），只能屏蔽，源寿命也有限。

3 中子源发展的整体专利申请统计与分析

3.1 专利申请的年度变化趋势

中子源的专利申请最早出现在1938年，属于离子加速型中子源，技术方案为：将离子（例如重氢）加速打靶（例如重氢、锂或者类似材料），从而产生中子（GB1948338A，并存在US、NL和FR的同族）。

为了进一步了解中子源的发展，如图1所示，现统计了全球中自1938年开始出现至2015年的所有中子源的专利申请，图中横坐标表示年份区间，例如1950即是指1938-1950，1960即是指1951-1960，以此类推，从图中可以明显看出国内的中子源技术起步较晚，1990年前仅有1篇（CN87100673A，在中国局的申请日为1987年，优先权为1986年），并且并不是国内自己的申请，是德国专利申请的同族，这个原因主要和中国的专利制度（成立较晚）以及国内的技术发展有关。同时，从图中可以看出，自1960年后出现了迅速的发展，并且其申请量于2000年后再次发生了进一步的提高，而2011-2015年的数据就已经基本靠近前10年的申请量，而其时间仅有5年为前面10年的一半（并且考虑到数据库的收录以及可能存在的18个月的公开限制，2014-2015年的数据统计并不完整），所以更加可以看出近几年的中子源的迅速发展。

3.2 领域内的主要申请国家分布

作为一项重要的前沿技术，中子源的技术涉及较多的重要应用领域，例如核电能源、检测、医疗等，包囊了民用、军事领域，所以全球中具有一定实力的国家都会对其花费大量的人力物力进行研究。同大多数领域一样，像美国、日本等这些经济强国在中子源领域占了很大的比例，具体如图2所示，图2（a）（b）分别是1938-2015以及1997-2013这两个时间内的全球专利分布统计（其中采用了国别申请统计方式，即存在同族的一片文件会被统计多次，所以结果各国相加的总量会多于上一节的总量，但是这并不影响全球各国的专利申请分布统计），并且在图2中，仅列出了比例占有达到2%的国家，其余的总和统计为其它。

从图2（a）中可以看出，在整个中子源的发展史中美国（US）的专利申请明显领先各国，达到了21%、381件，紧接着便是日本（JP）的专利申请量，为17%、292件，其余几大国德国（DE）、俄罗斯（RU SU）、中国（CN）、法国（FR）、英国（GB）几乎相当，再次一阶梯的为加拿大（CA）、澳大利亚（AU）、荷兰（NL）、韩国（KR），剩下的为其余国家的总和，为9%、150件。上述数据表明美国和日本在这方面的专利申请量远远领先于其它各国，而中国挤进了第二阶梯，虽然此统计结果中的专利申请不完全是某国自己的申请（例如同族），但是可以肯定的是反映了这个国家在这方面的市场、潜力以及自己的重视程度。图2（b）是今年1997-2013内的全球中子源专利申请分布，对比于图2（a）我们可以看出其中存在较大的差别，首先，图中明显可以看出日本在今年内的专利申请量已经反超了美国，美国、德国、俄罗斯、英国、法国、韩国大体与整个发展史中的趋势相同，而相比于整体趋势明显下降的主要有中国和加拿大，例如中国呈现此状的原因主要是中国在今年内的发展基本稳定、具体数量也较少，而其它国家呈上升趋势或者具体数量较多，因此出现了不进就是退的局面。

3.3 领域内的主要申请人统计

图3示出了中子源领域内主要申请人的专利申请量分布情况，其中日本日立公司的申请量最大，达到39件，荷兰飞利浦公司几乎与其相同，第21位是中国工程物理研究院（中国申请人的专利申请较少，并且从公司到研究所、学校等等均由分布），从图中可以明显看出主要申请人都是美国（斯伦贝谢、美孚等）、日本（日立、东芝、三菱等）等国家的公司，这个结论也与前述的全球专利分布相一致，并且其中有好几家公司是与石油相关的，例如美孚、哈里伯顿，而石油测井主要应用的是离子加速型聚变中子源（早期也有同位素中子源测井），所以我们可以推测到离子加速聚变中子源在整个领域中的重要性。

4 结束语

本文主要对中子源的专利申请量分布进行了详细的统计和分析，经过全球分布和申请人分布的统计得出，日本和美国的专利申请量最大，同样申请人也是日本的日立公司基本具有最多的专利申请量，中国的专利申请量位于中游，但是中国申请人的专利申请量明显处于下游，表明了国外技术对中国市场的占有较大，中国在中子源方面的研究较少。此分布脉络可以有助于相关研究者们充分了解领域的发展，有效的对其研究资源进行分配，减少重复研究和资源浪费。

参考文献：

[1]萧如珀，杨信男.1932年5月：查德威克描述中子的发现[J].现代物理知识，2010，22（3）：66-67.

[2]王连壁，王秀芝.252Cf自发裂变中子诱发235U裂变时几个核素裂变产额的绝对测定[J].核化学与放射化学，1982，4（1）：44-44.

[3]申慶彪，田野，赵志祥.中能质子散裂中子源核子发射与能量沉积的计算[J].中国核科技报告，1996（S1）：3-5.

[4]沙因.脉冲散裂中子源[J].物理，1983，12（2）.

[5]曾文炳，赵彦森，肖宗礼，等.氘氚中子源源强测量[J].核技术，1980（1）：22-29.

[6]张锋，张高龙，贾文宝.利用252Cf源对镍精矿进行种子活化分析[J].同位素，2005，18（3）：129-129.

[7]汪幼梅.241Am-Be中子源生产及其应用[J].同位素，1990（1）：65-65.