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中國國產(chǎn)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(jìn)行放射性種類和含量測(cè)量的一種儀器。核儀器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎涵蓋農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、地質(zhì)礦山、環(huán)境保護(hù)、航天、教學(xué)、科研、海關(guān)等領(lǐng)域，具體如石油測(cè)井、輻照加工、環(huán)境監(jiān)測(cè)、育種、核燃料工藝控制、無損檢測(cè)、防化、安檢系統(tǒng)、核醫(yī)學(xué)、核電、地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)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(yīng)用類核儀器，如核子稱、X熒光分析儀、灰份儀、鋼水液面計(jì)、料位計(jì)、密度計(jì)、濕度計(jì)等等，該類儀器主要是基于放射源與被測(cè)對(duì)象發(fā)生某種效應(yīng)（如吸收、衰減）后，測(cè)量射線的變化從而確定被測(cè)對(duì)象的某些參數(shù)；相對(duì)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(cè)量被測(cè)對(duì)象的放射性核素種類和活度，對(duì)被測(cè)對(duì)象的放射性水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的一類儀器，如低水平測(cè)量系統(tǒng)（低本底α、β測(cè)量儀、低本底多道γ能譜儀）、表面污染測(cè)量儀器（全身計(jì)數(shù)器、手腳污染測(cè)量儀、地面污染測(cè)量儀等）、氡測(cè)量系列儀器、中子類系列儀器、礦山輻射測(cè)量、安檢系統(tǒng)、個(gè)人劑量測(cè)量系統(tǒng)等。
按應(yīng)用領(lǐng)域可分為七大類：基本核儀器、工業(yè)用核儀器、農(nóng)業(yè)用核儀器、核醫(yī)學(xué)儀器、資源開發(fā)核儀器、核電及堆用核儀器、環(huán)境保護(hù)與輻射防護(hù)核儀器。
2 國內(nèi)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(jīng)歷了以仿制為主、自行設(shè)計(jì)研制、快速發(fā)展三個(gè)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(chǎn)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(shè)計(jì)階段。這一階段，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累、技術(shù)能力的提高以及國內(nèi)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(jì)算機(jī)處理技術(shù)，我國核儀器的質(zhì)量、功能、品種、數(shù)量有了快速的提高和擴(kuò)大，應(yīng)用范圍也從轉(zhuǎn)向國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。到現(xiàn)在，核電子學(xué)和核測(cè)量技術(shù)已由國家審定為原子能科學(xué)技術(shù)中的一個(gè)獨(dú)立的二級(jí)學(xué)科，國內(nèi)從事核儀器的科研、生產(chǎn)和教學(xué)的單位已經(jīng)近百家。
2.2國內(nèi)核儀器現(xiàn)狀
國內(nèi)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(xué)、北京大學(xué)、中國科技大學(xué)、南京大學(xué)）、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(hù)研究院）為代表，根據(jù)國外儀器情況，適時(shí)進(jìn)行跟蹤改進(jìn)、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(nèi)政治、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)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(duì)能源政策進(jìn)行調(diào)整，大力發(fā)展核電，核工業(yè)的發(fā)展迎來了第二個(gè)春天，核儀器產(chǎn)業(yè)又開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。
下面從應(yīng)用領(lǐng)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(cè)量與處理核輻射的活度、時(shí)間、能量、位置等信息。產(chǎn)品主要是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱、各種電源、放大器、信號(hào)處理插件、幅度/數(shù)碼變換器、時(shí)間/數(shù)碼變換器、信號(hào)源（精密信號(hào)產(chǎn)生器）、多道分析器等。目前，國內(nèi)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(biāo)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(chǎn)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(cè)儀器（如厚度計(jì)、密度計(jì)、料位計(jì)、核子秤、水分計(jì)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(gè)系統(tǒng)，缺少交流，形成各自為政的松散局面。產(chǎn)品技術(shù)和性能指標(biāo)、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(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外。
2.2.3 農(nóng)業(yè)用核儀器
在農(nóng)業(yè)方面，核儀器主要應(yīng)用于輻射育種、昆蟲輻照不育、同位素示蹤技術(shù)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(chǔ)，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(xué)儀器
核醫(yī)學(xué)是八十年代末新興的一門邊緣科學(xué)，它廣泛用于心、腦、肝、腎、骨以及全身的檢測(cè)。核醫(yī)學(xué)儀器主要應(yīng)用于功能測(cè)定（如腎圖儀、心功能儀、等）、臟器顯象（掃描儀、γ相機(jī)等）、斷層掃描（CT、ECT、PECT 等）、放射免疫分析等。
目前我國核醫(yī)學(xué)儀器于小型臺(tái)式儀器的研制，大型的核醫(yī)學(xué)儀器如ECT、PECT 等主要依賴進(jìn)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(gè)系列：勘探核儀器和核測(cè)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(yīng)有的貢獻(xiàn)。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(cè)井儀器，儀器水平不斷提高，數(shù)控測(cè)井儀也研制成功并用于油田，但對(duì)新方法的基礎(chǔ)研究不夠，而且光重視地面計(jì)算機(jī)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(cè)量結(jié)果可比性較差。
2.2.6 核電及堆用核儀器
我國研制和生產(chǎn)堆用核儀器已有近30年的歷史，主要以清華大學(xué)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(chǎn)的控制棒控制系統(tǒng)和位置指示系統(tǒng)、堆外核測(cè)量系統(tǒng)、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)和專設(shè)系統(tǒng)（模擬線路）已運(yùn)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(cè)量系統(tǒng)（微型裂變室）、核探測(cè)器（硼計(jì)數(shù)管、補(bǔ)償電離室、長中子電離室）、堆外核測(cè)量系統(tǒng)核探測(cè)器定位裝置、N16監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等已應(yīng)用巴基斯恰?，斕购穗娬?。
但是，目前國內(nèi)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(yuǎn)遠(yuǎn)適應(yīng)不了目前我國核電大發(fā)展的形勢(shì)。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(hù)與輻射防護(hù)核儀器
在核儀器行業(yè)中，從事環(huán)境保護(hù)與輻射防護(hù)核儀器的研制與生產(chǎn)的企業(yè)是多的，全國有近百家單位。研制的產(chǎn)品種類繁多，部分產(chǎn)品接近先進(jìn)水平。但沒有形成全國通用的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，產(chǎn)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(chǎn)的核儀器經(jīng)過50年的發(fā)展，在國內(nèi)形成了一定的品牌，產(chǎn)品得到了核工業(yè)及其他行業(yè)用戶認(rèn)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(chǎn)品：一是核物理實(shí)驗(yàn)及教學(xué)類產(chǎn)品（基本核儀器）；二是環(huán)境保護(hù)與輻射防護(hù)核儀器；三是核醫(yī)學(xué)系列儀器；四是核電及堆用核儀器。
核物理實(shí)驗(yàn)及教學(xué)類產(chǎn)品有：NIM機(jī)箱、各種NIM插件（各種電源、放大器、信號(hào)處理插件、幅度/數(shù)碼變換器、時(shí)間/數(shù)碼變換器、信號(hào)源（精密信號(hào)產(chǎn)生器）、多道分析器）、微機(jī)多道分析器、核物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等；
環(huán)境保護(hù)與輻射防護(hù)核儀器有：個(gè)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(cè)儀、 多用輻射儀、 n—γ輻射儀、閃爍輻射儀、氡釷分析儀、法測(cè)氡儀、氡析出率儀、中子劑量當(dāng)量儀、高能中子當(dāng)量劑量儀、Χ—γ劑量率儀、便攜式α、β表面污染測(cè)量儀、多路低水平α、β測(cè)量儀（閃爍體）、多路低水平α、β測(cè)量儀（半導(dǎo)體）、核臨界報(bào)警及測(cè)量系統(tǒng)、 環(huán)境γ輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、 臨界事故報(bào)警儀、中子監(jiān)測(cè)儀、區(qū)域γ監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、底本底氣溶膠樣品測(cè)量儀、低本底環(huán)境γ譜儀、放射性物品庫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。  
核醫(yī)學(xué)系列儀器有：放射免疫測(cè)量儀、心臟功能儀、甲臟腺功能儀、腎圖儀、骨密度儀、活度計(jì)等。
核電及堆用核儀器有：反應(yīng)堆控制棒控制系統(tǒng)和位置指示系統(tǒng)、堆外核測(cè)量系統(tǒng)、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)和專設(shè)系統(tǒng)（模擬線路）、堆芯中子注量率測(cè)量系統(tǒng)（微型裂變室）、核探測(cè)器（硼計(jì)數(shù)管、補(bǔ)償電離室、長中子電離室）、堆外核測(cè)量系統(tǒng)核探測(cè)器定位裝置、N16監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。
對(duì)于產(chǎn)能高、市場(chǎng)也比較大的有源核儀器我廠80年代初生產(chǎn)了部分工業(yè)用核儀器（如料位計(jì)、液面測(cè)量、厚度計(jì)、熒光分析、濕密度計(jì)、水分計(jì)等）和資源開發(fā)核儀器（油田測(cè)井儀器），由于種種原因，目前都已停產(chǎn)。
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(jīng)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(yīng)用領(lǐng)域，我國都開展了研究，個(gè)別單項(xiàng)技術(shù)接近或達(dá)到了先進(jìn)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(biāo)上、可靠性上有待進(jìn)一步提高。存在的主要問題如下：
1）技術(shù)力量分散，我國從事核儀器研制的技術(shù)力量和裝備分散在各個(gè)部門和系統(tǒng)，低水平重復(fù)研制的項(xiàng)目多，對(duì)高、精、尖的項(xiàng)目缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)和聯(lián)合攻關(guān)的能力；
2）國家投入不足，近十幾年來，國家隊(duì)核儀器的科研投入非常少，研發(fā)經(jīng)費(fèi)主要靠企業(yè)自籌，難以承擔(dān)較大和技術(shù)難度高的項(xiàng)目；
3）忽視基礎(chǔ)研究，由于國家投入不足，企業(yè)只注重實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目特別是短平快的項(xiàng)目，對(duì)基礎(chǔ)研究心有余而力不足；
4）工藝技術(shù)和裝備落后，原材料和元器件質(zhì)量不過硬，直接影響了核儀器的可靠性和穩(wěn)定性；
5）新產(chǎn)品更新速度慢，產(chǎn)品在智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方面與*水平存在較大差距；
6）科研人員老化，整個(gè)核儀器行業(yè)科研骨干年齡和知識(shí)老化，新產(chǎn)品開發(fā)后繼無人。
3.2 幾點(diǎn)建議
1）國家要投入，支持企業(yè)和科研院所上新項(xiàng)目；
2）從國家的層面來加強(qiáng)基礎(chǔ)研究工作；
3）對(duì)核電等重要項(xiàng)目的研發(fā)，國家應(yīng)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(zhì)量檢測(cè)中心，統(tǒng)一核儀器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；
6）加強(qiáng)企業(yè)與科研院所的橫向聯(lián)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，提升水平；
7）重視核儀器標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)、行標(biāo)的修訂，爭取大的話語權(quán)；
8）加強(qiáng)核儀器行業(yè)協(xié)會(huì)的引導(dǎo)工作。
3.3 國內(nèi)核儀器的發(fā)展方向
國外儀器廠家眾多，分工比較細(xì)，一個(gè)企業(yè)只做一個(gè)方面的產(chǎn)品，如BICRON公司只生產(chǎn)閃爍探測(cè)器，ORTEC公司只生產(chǎn)電子學(xué)儀器如NIM等，AUTOMESS公司只生產(chǎn)一些便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)類儀器等。目前主要有四個(gè)有實(shí)力的公司，美國的ORTEC公司、歐洲系統(tǒng)測(cè)量公司（CANBBERA公司）、美國熱電公司和德國伯托公司。
這四個(gè)公司產(chǎn)品主要特點(diǎn)：系列化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)場(chǎng)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(hù)儀表、也有寬量程儀表（跨環(huán)境和防護(hù)級(jí)）；從使用的探頭看有高靈敏度塑料閃爍體探測(cè)器、有價(jià)格便宜的GM管探測(cè)器，有做了能量平衡的NaI（Tl）探測(cè)器等；從功能上看智能顯示、控制、存儲(chǔ)、打印、遠(yuǎn)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(yīng)向四個(gè)方面發(fā)展，即系列化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)場(chǎng)化。
在系列化方面，國內(nèi)核儀器要尤其注重系列程度，一種產(chǎn)品要根據(jù)市場(chǎng)不同客戶群進(jìn)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(chǎn)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(shù)發(fā)展方向，國內(nèi)核儀器的發(fā)展應(yīng)與通用電子學(xué)技術(shù)同步發(fā)展，應(yīng)將數(shù)字化處理技術(shù)、CPLD/FPGA技術(shù)、嵌入式技術(shù)、微功耗技術(shù)、高新顯示技術(shù)、掌上電腦等等在核儀器得到了充分的應(yīng)用，這樣才能大大提高了儀器的可用性、實(shí)用性和可靠性，明顯增加儀器的附加值，以得到了用戶的認(rèn)可和追捧。
網(wǎng)絡(luò)化方面，主要是指儀器要具有網(wǎng)絡(luò)接口，多個(gè)儀器方便的組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，由中心計(jì)算機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取的控制、顯示及處理。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前主要是有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩種方式。有線網(wǎng)絡(luò)主要有采用以太網(wǎng)組網(wǎng)和采用RS-485等組網(wǎng)，目前的發(fā)展方向是基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)；無線網(wǎng)絡(luò)主要有基站式網(wǎng)絡(luò)和采用GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，采用基站式的網(wǎng)絡(luò)投資大，維護(hù)成本高，通訊距離有限，目前逐步被基于GSM/CDMA的網(wǎng)絡(luò)所代替。國外在這方面發(fā)展較早，90年代初，在互聯(lián)網(wǎng)剛剛興起的時(shí)候，國外儀器就開始了這方面的研究，目前已經(jīng)有商品化的儀器供應(yīng)市場(chǎng)。儀器作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端，通過自身的以太網(wǎng)口連接到互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)，經(jīng)過，在互聯(lián)網(wǎng)上任何一臺(tái)其他計(jì)算機(jī)都控制訪問該儀器，這就較好的實(shí)現(xiàn)了儀器的遠(yuǎn)程使用和控制，代表了儀器的發(fā)展方向，以后估計(jì)沒有網(wǎng)絡(luò)控制功能的儀器將逐步淡出市場(chǎng)。在07年核工展上德國一個(gè)核儀器廠家展出了一種采用GSM網(wǎng)絡(luò)的儀器終端及處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)化方面，在很多領(lǐng)域，如海關(guān)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，測(cè)量要求快速給出測(cè)量結(jié)果，尤其是應(yīng)急測(cè)量要求更是嚴(yán)格，鑒于此，目前實(shí)驗(yàn)室儀器和便攜式儀表的界限越來越模糊，總的發(fā)展趨勢(shì)是向現(xiàn)場(chǎng)化發(fā)展，即儀器在現(xiàn)場(chǎng)就測(cè)量分析出終結(jié)果，不用取樣分析，不用到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)雜的分析等。
4、 結(jié)束語
核儀器應(yīng)用不僅滲透到核工業(yè)每個(gè)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(yùn)行監(jiān)測(cè)、常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)、后處理、運(yùn)輸?shù)鹊雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，都需要相應(yīng)的核儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)在其它領(lǐng)域和行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣。預(yù)計(jì)，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(chǎn)業(yè)的發(fā)展將是大有作為的。