【经济日报】科研重器更好服务经济社会

说起重离子加速技术,给人的第一印象往往是尖端技术、大科研项目。如今,这一技术日臻成熟,已经成功应用到具体产业和产业链上。

日前,记者走访兰州等地了解到,中国科学院近代物理研究所(以下简称“近代物理所”)重离子加速器技术在工农业生产、医疗卫生等各方面有着重要而广泛的应用。什么是重离子加速技术?如何走出一条涉及领域广、产业链条长、产业产值高的自主道路?科研重器如何更好服务经济发展、社会生活?

推动医药产业高端化

重离子加速技术是用人工方法利用一定形态的电磁场将重离子加速,形成高能量重离子束,用以轰击其他物质。目前国内规模最大、加速粒子种类最多、能量最高的是兰州重离子加速器。

走出兰州机场,“中国重离子 生命新希望”的标语抬眼可见。利用重离子加速器治疗肿瘤癌症,是大科学装置产业链延伸至民生领域的应用之一。

甘肃武威肿瘤医院副院长张雁山介绍,目前医院投入使用的医用重离子加速器,是我国拥有完全自主知识产权、完全自主制造的医用加速器装置,由兰州科近泰基新技术有限责任公司(以下简称“兰州泰基”)生产制造。该装置使用碳离子束杀死癌细胞,副作用方面也优于一些传统治疗。

兰州泰基是中国科学院控股有限公司和近代物理所旗下的高新技术企业,也是目前国内唯一拥有医用重离子加速器核心技术及其生产制造、安装调试、运维能力的医疗器械企业。公司副总经理杨文杰说,完全自主知识产权、完全自主制造,是开拓国内外重离子治疗市场的信心和底气。

据介绍,国产医用重离子加速器单台产业链价值达百亿元,目前国内已成功推广8台,装置直接销售合同额约50亿元,今年新签约装备协议达20亿元,并在未来5年推广10台以上。未来,公司将围绕医疗服务、装备制造、基础设施、运维服务、人员培训等环节部署千亿元级产业链。

在高端医用装备产业蓬勃发展的同时,高端医药产业也有了全新进展。

医用同位素对癌症等重大疾病的诊断治疗,具有安全、精准、有效等不可替代的优势。以α同位素Ac-225为例,目前全世界每年的产量仅够约1000名患者使用,全球急需创新技术解决治疗用α同位素低产额和低纯度等问题。近代物理所正在兰州新区建设国际上首个供精准放疗使用的α-同位素药物研发平台,拟通过创新研发生产工艺,开展医用同位素量产攻关及靶向药物的研发。

近代物理所党委书记、副所长胡正国介绍,平台正式投产后,以目前在建的产能保守计算,医用同位素原料每年销售额将达到9亿元至15亿元。

医用同位素占医用同位素药物成本的三成左右,医用同位素药物每年的销售额则有望达到30亿元至50亿元。医用同位素产能突破后,不仅能实现关键核心技术、装备研发及产业链供给自主可控,还有利于增加供给、降低产品价格,让更多的人用得上、用得起。

培育新品种提高产量

除了用于医药产业外,利用重离子束流辐照育种,培育粮食新品种是重离子加速技术的另一个应用领域。

辐照育种的机理与太空育种类似,地面加速器育种的优势在于离子束种类、束流强度、能量可控制。将辐照后的种子进行筛选,利用可控重离子束流迭代辐照、优选优育就能诞生既符合种植生产需要,又满足国家粮食安全需求的新品种。

据介绍,“两优低镉1号”水稻品种就是辐照育种的成功典范。由袁隆平院士团队研创的低镉型“臻两优8612”水稻品种,是在近代物理所的重离子束处理下获得的“镉低积累”亲本选育而来。双方以此为开端,通过增加重离子束处理样本规模,大批量开展了重离子创制镉低积累水稻种质工作,最终促成了低镉水稻的成功研创。

在保证农作物绿色健康的同时,提高农作物产量也是辐照育种优势之一。中国科学院东北地理与农业生态研究所和近代物理所利用重离子束流辐照育种技术培育了一系列具有优势特点的水稻品种。比如,“东稻122”“东稻275”亩产均能到600公斤以上。截至2023年,东稻系列新品种在黑龙江省、吉林省的累计种植面积已超100万亩。

应用场景越来越广泛

在水资源循环利用中,污水过滤是绕不开的技术环节。用什么过滤,怎么过滤,关键在于过滤材料。重离子微孔膜是目前较为成熟的应用材料。利用重离子加速器让高能粒子在固体中沉积能量,形成强电子激发效应,对膜材料形成辐照结构损伤,再通过化学蚀刻形成微孔膜,重离子微孔膜由此产生。

使用重离子微孔膜,作为过滤核心的污水处理系统能够实现无泡状态下同步硝化与反硝化,对污水中总氮的去除具有独特优势。使用微孔膜处理后的污水水质会有较大提升,总氮去除率从60%提高至80%以上,工程能耗降低20%。

能源是工业的粮食,是国家经济的命脉,维护能源安全至关重要。核能因其高效、清洁、绿色的特性,在我国新能源体系中所占比重越来越大。但是,铀短缺一直影响着核能的发展。自然界的铀主要以铀238为主,铀235含量少,一般核电站能直接利用的是铀235。为此,近代物理所原创提出了铀钚燃料循环利用方案,可将铀资源的利用率由约1%提高到约95%,排放出的核废料数量降低至现有水平的几十分之一。

近代物理所副所长杨建成表示,科技成果转化助推经济社会发展,既要考虑经济发展趋势,又要统筹新旧产业变革的节奏。产业转化没有经济性的话,很难培育市场形成生产链。以医用同位素药物举例,从2009年布局到现在核心技术取得一系列突破,这期间离不开各方面的支持。此外,把传统核能发展得更加先进和绿色,更是当下的务实举措。

(原载于《经济日报》 2024-04-30 11版)