核技术-未来驱动力

提到核能，大家可能第一时间想到的是核电站、或者是一些放射性物质。不可否认，核能的发电技术在全球能源结构中占有重要地位，同时，核武器也常常被人们视为毁灭性的科技。然而核技术的潜力却远不止这些，它已经悄无声息地服务于我们生活的方方面面，从医学到农业，从工业到环保，核技术的应用早已超越了核能发电和武器制造的狭隘范畴，成为了现代社会许多关键行业背后的驱动力。

在这一背景下，2024年10月，我国国家原子能机构联合多个政府部门发布了《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024—2026年）》。预计到2026年，核技术应用产业将达到4000亿元的产值。通过这一战略，核技术的潜力得到了全新的挖掘和释放，未来几年，我们将见证这一隐形力量在社会各个层面发挥更加显著的作用。

核技术如何运作？

核技术是利用原子核的性质和反应原理进行各种科技应用的技术。它通过对原子核的控制、改造或裂变，产生能量或特定的物质，进而实现不同的应用目标。我们常听到的核技术主要分为几种形式，如核裂变、核聚变和同位素技术。

核裂变是指重原子核（如铀-235或钚-239）吸收一个中子后分裂成较轻的原子核，同时释放出大量的能量和更多的中子。核裂变是核能发电的核心原理，也是核武器的基本原理之一。在核电站中，通过控制核裂变反应的速度，释放的能量被转化为热能，用于加热水、产生蒸汽，进而驱动涡轮发电机组发电。

核聚变是指两个轻原子核（通常是氢的同位素，如氘和氚）在极高温度和压力下结合成一个更重的原子核，同时释放出巨大的能量。核聚变是太阳和其他恒星能量的来源，也是未来清洁能源的理想目标。但尽管核聚变的能量释放非常高效，目前技术尚未能够实现持续长期稳定的聚变反应，因此核聚变技术的商用落地仍需一段时间的研究。

同位素是指具有相同质子数但中子数不同的元素，具有不同的物理特性。通过特定的物理和化学处理，可以获得放射性同位素或稳定同位素，这些同位素在医学诊断、农业改良、环境监测等领域有广泛应用。如碘-131和钼-99等放射性同位素常用于癌症治疗和医学影像诊断。

图1 医用重离子加速器

（图源：中国科学院近代物理研究所)

精准医疗：放射性药物与诊断技术

顾名思义，放射性药物是带有放射性同位素的药物，这些同位素能够通过特殊的设备发出信号，帮助医生探测到病变组织。例如氟-18标记的葡萄糖（FDG）就是常用的放射性药物，它会被肿瘤细胞吸收，因为这些细胞代谢特别活跃。再通过PET扫描（正电子发射断层扫描），医生就能看到肿瘤的具体位置和大小，早期发现癌症的几率大大提高。通过这种方式，医生不仅能看到肿瘤的形状，还能知道它在体内是否扩散，帮助制定更加精准的治疗方案。

而检测后的癌症治疗也依赖于核技术的应用。提到癌症治疗，很多人会想到化疗和放疗。但这两种方法常常会影响到周围的健康组织，会有严重的副作用。而质子治疗和重离子治疗是两种借助核技术的放射治疗方法，与传统的X射线相比，它能在到达肿瘤之前几乎不产生任何能量，因此只对肿瘤本身进行精准打击减少对正常组织的伤害。

此外，在整个医疗过程中，治疗患者还需要使用到各种医疗器械和药品。那么这些器械和药品是否安全无菌也就直接影响到治疗的效果与安全性。而核技术中的辐照灭菌，正是利用放射性同位素（如钴-60）发出的辐射来杀死医疗器械表面及其内部可能存在的细菌、病毒等病原体。相比传统的高温蒸汽灭菌，辐照技术的一个突出优点是它不会因为温度过高而损坏某些敏感的医疗器械材料。所以这种辐照技术的特性，在食品安全领域也尤为重要。

核技术在农业产品中的应用

或许可能听说过食品辐照这个概念，这是一种非常有效的食品处理方法。它利用放射性物质（如钴-60、铯-137等）发出的辐射，穿透食品，破坏其中的细菌和病毒的DNA结构，从而杀死这些病原体。而这一过程不会改变食品的口感、营养成分或形态，因此，食品辐照处理后的食品仍然保持其原有的营养和味道。辐照处理后，食品不仅不会受到化学物质污染，且具有更长的保质期。相比传统的使用防腐剂或加热处理的食品保鲜方法，食品辐照还有一个显著的优点：它不会留下任何化学残留物。

此外，在农业的其他领域，核技术也发挥着重要的作用。如高能粒子诱变技术是核技术在农业中最为典型的应用之一。我们知道自然界中物种进化是通过基因突变不断推动的，而植物诱变育种技术则是利用辐射或化学物质，人工加速这一自然过程，从而培育出具有特殊优点的作物品种。它通过向植物种子施加辐射（例如中子、γ射线或X射线），对植物的种子或苗木进行处理，引发基因突变，在植物的基因中产生具有更优良特性的品种。这些农作物会具有更高的抗病性、更强的生长能力，甚至对某些极端环境（如干旱、盐碱地等）有更好的适应性。

同位素示踪技术在农业中的应用帮助我们控制农业生产过程中的资源利用效率，在肥料和农药的使用上尤为重要。它的核心在于使用标记物质，也就是在肥料或农药中加入含有放射性同位素的物质。这些标记物质会随着农药和肥料进入土壤，经过植物吸收后，科研人员可以通过特殊仪器监测同位素的分布情况，从而知道这些物质在土壤中如何移动、变形以及如何被植物吸收。

核技术在农业中的应用成效也是极为显著的，我们知道水稻是全球最重要的粮食作物之一，亚洲地区更是全球水稻生产和消费的核心，约占全球水稻生产和消费的90%。然而水稻种植对水资源的依赖非常大，且受气候变化的影响。在此背景下，国际原子能机构（IAEA）与联合国粮农组织（FAO）联手推出了一项综合性的技术合作计划，通过核技术和同位素技术的应用，改善了水稻的生产效率和环境可持续性。在亚洲地区，孟加拉国、老挝、缅甸、尼泊尔、巴基斯坦和越南等六个国家通过应用这项基于核技术的气候智能型农业方案，使得水稻的产量普遍提高，每公顷增产1至2.5吨，香米的产量提升了188%，而长粒米的增产幅度也达到了176%，且使得氨气排放量减少了约36%，这对减少农业活动中的温室气体排放、改善土壤质量和保护环境具有重要意义。

综上所述，核技术的未来会如它在过去几十年中的发展历程一样，依旧充满了无限可能，无限欣喜。随着技术的不断突破和全球合作的加深，核技术的应用将进一步推动全球社会向着更加健康、更加智能、更加可持续的方向发展。而这一切，都离不开我们对核这一领域的不断探索和智慧应用。

参考文献

伍浩松,张焰.核技术助力亚洲六国提升水稻产量[J].国外核新闻,2024,(09):16.页码XXX-XXX？

梁劬,高美须.核技术在农业上应用现状和展望[J].核农学报,2024,38(01).页码XXX-XXX？

文章由科普中国-创作培育计划出品，转载请注明来源。

作者：蔡文垂 科普作者

审核：梁忠伟 广州大学机电学院 副院长