中国国产核仪器现状及发展方向

1 引言
核仪器是利用放射性射线的某些特性进行放射性种类和含量测量的一种仪器。核仪器的应用领域十分广泛，几乎涵盖农业、工业、医疗卫生、地质矿山、环境保护、航天、教学、科研、海关等领域，具体如石油测井、辐照加工、环境监测、育种、核燃料工艺控制、无损检测、防化、安检系统、核医学、核电、地震监测等领域。
按仪器特性可分为两大类，即有源核仪器和无源核仪器。有源核仪器就是本身带有放射源的仪器，此类仪器一般是应用类核仪器，如核子称、X荧光分析仪、灰份仪、钢水液面计、料位计、密度计、湿度计等等，该类仪器主要是基于放射源与被测对象发生某种效应（如吸收、衰减）后，测量射线的变化从而确定被测对象的某些参数；相对而言无源核仪器就是仪器本身不带放射源的仪器，这类仪器一般是直接测量被测对象的放射性核素种类和活度，对被测对象的放射性水平进行评价的一类仪器，如低水平测量系统（低本底α、β测量仪、低本底多道γ能谱仪）、表面污染测量仪器（全身计数器、手脚污染测量仪、地面污染测量仪等）、氡测量系列仪器、中子类系列仪器、矿山辐射测量、安检系统、个人剂量测量系统等。
按应用领域可分为七大类：基本核仪器、工业用核仪器、农业用核仪器、核医学仪器、资源开发核仪器、核电及堆用核仪器、环境保护与辐射防护核仪器。
2 国内及我厂仪器现状
2.1 我国核仪器发展历史和概况
从1957年开始，我国核仪器的发展经历了以仿制为主、自行设计研制、快速发展三个发展阶段。
*阶段（1957年—60年代中期）为仿制阶段。从仿制前苏联的仪器入手，主要生产用于、铀矿勘探和开采的核仪器。
第二阶段（60年代中期—70年代末）为自行设计阶段。这一阶段，随着经验的积累、技术能力的提高以及国内元器件的发展，我国自行研制了一大批新的核仪器。
第三阶段（80年代以后）为快速发展阶段。由于大量采用集成电路和计算机处理技术，我国核仪器的质量、功能、品种、数量有了快速的提高和扩大，应用范围也从转向国民经济的各个领域。到现在，核电子学和核测量技术已由国家审定为原子能科学技术中的一个独立的二级学科，国内从事核仪器的科研、生产和教学的单位已经近百家。
2.2国内核仪器现状
国内核仪器的研制前期主要以三厂（中核北京核仪器厂、西安核仪器厂、重庆建安仪器厂）、四校（清华大学、北京大学、中国科技大学、南京大学）、六所（上海原子核研究所、高能物理所、兰州近代物理所、中国原子能研究院、中国工程物理研究院、中国辐射防护研究院）为代表，根据国外仪器情况，适时进行跟踪改进、研发，后来发展为近百家单位从事核仪器的研制。80年代后，由于核工业及国内政治、经济形势的变化，核仪器一直在走下坡路，近几年来，国家在“十一五”规划中，对能源政策进行调整，大力发展核电，核工业的发展迎来了第二个春天，核仪器产业又开始出现转机。
下面从应用领域来分析我国核仪器的发展现状。
2.2.1 基本核仪器
基本核仪器是核仪器的基本组成部分。它是成套仪器的组成部分和通用部分，主要用以测量与处理核辐射的活度、时间、能量、位置等信息。产品主要是标准机箱、各种电源、放大器、信号处理插件、幅度/数码变换器、时间/数码变换器、信号源（精密信号产生器）、多道分析器等。目前，国内此类核仪器功能部件的品种和规格已初步形成，但性能指标偏低、可靠性和外形美观性较差、更新换代慢，缺少与国外产品的竞争力。
2.2.2 工业用核仪器
工业用核仪器主要包括：参量检测仪器（如厚度计、密度计、料位计、核子秤、水分计等）、成份分析仪器和射线探伤仪器等三类。
我国从1958年开始研制工业用核仪器，由于研制单位分布在各个系统，缺少交流，形成各自为政的松散局面。产品技术和性能指标、可靠性、外形美观性与国外相比差距很大，品种与数量也远远低于国外。
2.2.3 农业用核仪器
在农业方面，核仪器主要应用于辐射育种、昆虫辐照不育、同位素示踪技术改造施肥方法等方面。我国从60年代初开始此类核仪器得研制，有一定得基础，但与*水平相比，任有较大的差距。主要表现在仪器得精度差、智能化程度低等。
2.2.4 核医学仪器
核医学是八十年代末新兴的一门边缘科学，它广泛用于心、脑、肝、肾、骨以及全身的检测。核医学仪器主要应用于功能测定（如肾图仪、心功能仪、等）、脏器显象（扫描仪、γ相机等）、断层扫描（CT、ECT、PECT 等）、放射免疫分析等。
目前我国核医学仪器于小型台式仪器的研制，大型的核医学仪器如ECT、PECT 等主要依赖进口。
2.2.5 资源开发核仪器
资源开发核仪器主要分为两个系列：勘探核仪器和核测井仪器。
我国从50年代后期开始研制勘探核仪器，曾为铀矿资源勘探与开发做出了应有的贡献。但到70年代以后我国的勘探核仪器处于停滞状态，与国外相比落后近二十多年。
我国现在有许多单位在研制核测井仪器，仪器水平不断提高，数控测井仪也研制成功并用于油田，但对新方法的基础研究不够，而且光重视地面计算机系统得研制而轻视提高井下仪器性能方面的研究。不同仪器的测量结果可比性较差。
2.2.6 核电及堆用核仪器
我国研制和生产堆用核仪器已有近30年的历史，主要以清华大学和中核（北京）核仪器厂等单位为代表。其中中核（北京）核仪器厂生产的控制棒控制系统和位置指示系统、堆外核测量系统、反应堆保护系统和专设系统（模拟线路）已运用于秦山一期、秦山二期核电站，除上述系统外，该厂的堆芯中子注量率测量系统（微型裂变室）、核探测器（硼计数管、补偿电离室、长中子电离室）、堆外核测量系统核探测器定位装置、N16监测系统等已应用巴基斯恰希玛坦核电站。
但是，目前国内核电及堆用核仪器主要还是以模拟线路为主，数字化水平不高，远远适应不了目前我国核电大发展的形势。主要原因是国家投入不足、研发力量分散、研发人才青黄不接。
2.2.7环境保护与辐射防护核仪器
在核仪器行业中，从事环境保护与辐射防护核仪器的研制与生产的企业是多的，全国有近百家单位。研制的产品种类繁多，部分产品接近先进水平。但没有形成全国通用的产品系列，产品更新换代慢，产品在可靠性、稳定性和智能化上与*水平还有一定差距。
2.3 我厂核仪器现状
我厂研发和生产的核仪器经过50年的发展，在国内形成了一定的品牌，产品得到了核工业及其他行业用户认可。我厂的核仪器目前主要集中在无源核仪器方面，主要发展了四类产品：一是核物理实验及教学类产品（基本核仪器）；二是环境保护与辐射防护核仪器；三是核医学系列仪器；四是核电及堆用核仪器。
核物理实验及教学类产品有：NIM机箱、各种NIM插件（各种电源、放大器、信号处理插件、幅度/数码变换器、时间/数码变换器、信号源（精密信号产生器）、多道分析器）、微机多道分析器、核物理实验平台等；
环境保护与辐射防护核仪器有：个人剂量仪、热释光剂量仪、 退火炉、 热释光照射器、大面积γ—β监测仪、 多用辐射仪、 n—γ辐射仪、闪烁辐射仪、氡钍分析仪、法测氡仪、氡析出率仪、中子剂量当量仪、高能中子当量剂量仪、Χ—γ剂量率仪、便携式α、β表面污染测量仪、多路低水平α、β测量仪（闪烁体）、多路低水平α、β测量仪（半导体）、核临界报警及测量系统、 环境γ辐射监测系统、 临界事故报警仪、中子监测仪、区域γ监测系统、底本底气溶胶样品测量仪、低本底环境γ谱仪、放射性物品库监测系统等。  
核医学系列仪器有：放射免疫测量仪、心脏功能仪、甲脏腺功能仪、肾图仪、骨密度仪、活度计等。
核电及堆用核仪器有：反应堆控制棒控制系统和位置指示系统、堆外核测量系统、反应堆保护系统和专设系统（模拟线路）、堆芯中子注量率测量系统（微型裂变室）、核探测器（硼计数管、补偿电离室、长中子电离室）、堆外核测量系统核探测器定位装置、N16监测系统等。
对于产能高、市场也比较大的有源核仪器我厂80年代初生产了部分工业用核仪器（如料位计、液面测量、厚度计、荧光分析、湿密度计、水分计等）和资源开发核仪器（油田测井仪器），由于种种原因，目前都已停产。
3. 我国核仪器发展存在的问题及建议
3.1我国核仪器发展存在的问题
我国核仪器行业经过40多年的发展，取得了显著的成绩，国外核仪器所涉及的应用领域，我国都开展了研究，个别单项技术接近或达到了先进水平。但就整体而言，我国核仪器的发展水平比国外落后近二十年，核仪器在外观上、性能指标上、可靠性上有待进一步提高。存在的主要问题如下：
1）技术力量分散，我国从事核仪器研制的技术力量和装备分散在各个部门和系统，低水平重复研制的项目多，对高、精、尖的项目缺乏统一协调和联合攻关的能力；
2）国家投入不足，近十几年来，国家队核仪器的科研投入非常少，研发经费主要靠企业自筹，难以承担较大和技术难度高的项目；
3）忽视基础研究，由于国家投入不足，企业只注重实际应用的项目特别是短平快的项目，对基础研究心有余而力不足；
4）工艺技术和装备落后，原材料和元器件质量不过硬，直接影响了核仪器的可靠性和稳定性；
5）新产品更新速度慢，产品在智能化、数字化、网络化方面与*水平存在较大差距；
6）科研人员老化，整个核仪器行业科研骨干年龄和知识老化，新产品开发后继无人。
3.2 几点建议
1）国家要投入，支持企业和科研院所上新项目；
2）从国家的层面来加强基础研究工作；
3）对核电等重要项目的研发，国家应在拨款、贷款和税收政策上给予支持；
4）重视人才的培养；
5）尽快完善国家核仪器质量检测中心，统一核仪器的技术标准；
6）加强企业与科研院所的横向联合，发挥各自优势，提升水平；
7）重视核仪器标准、国标、行标的修订，争取大的话语权；
8）加强核仪器行业协会的引导工作。
3.3 国内核仪器的发展方向
国外仪器厂家众多，分工比较细，一个企业只做一个方面的产品，如BICRON公司只生产闪烁探测器，ORTEC公司只生产电子学仪器如NIM等，AUTOMESS公司只生产一些便携式环境监测类仪器等。目前主要有四个有实力的公司，美国的ORTEC公司、欧洲系统测量公司（CANBBERA公司）、美国热电公司和德国伯托公司。
这四个公司产品主要特点：系列化、数字化、网络化和现场化。其中以系列化为突出，如γ剂量率类仪器，从量程看既有环境仪表、防护仪表、也有宽量程仪表（跨环境和防护级）；从使用的探头看有高灵敏度塑料闪烁体探测器、有价格便宜的GM管探测器，有做了能量平衡的NaI（Tl）探测器等；从功能上看智能显示、控制、存储、打印、远程控制及人性化的接口是*。
根据国外核仪器的发展情况，我国核仪器的发展方向主要应向四个方面发展，即系列化、数字化、网络化和现场化。
在系列化方面，国内核仪器要尤其注重系列程度，一种产品要根据市场不同客户群进行定位，充分考虑不同用户群的需求，不论是中子仪表还是α、β、γ等仪表，开发出系列产品（不同档次、不同量程），总有一款适合用户。
数字化方面，主要是指电子处理技术发展方向，国内核仪器的发展应与通用电子学技术同步发展，应将数字化处理技术、CPLD/FPGA技术、嵌入式技术、微功耗技术、高新显示技术、掌上电脑等等在核仪器得到了充分的应用，这样才能大大提高了仪器的可用性、实用性和可靠性，明显增加仪器的附加值，以得到了用户的认可和追捧。
网络化方面，主要是指仪器要具有网络接口，多个仪器方便的组成监测网络，由中心计算机统一进行数据获取的控制、显示及处理。网络技术目前主要是有线网络和无线网络两种方式。有线网络主要有采用以太网组网和采用RS-485等组网，目前的发展方向是基于以太网的网络；无线网络主要有基站式网络和采用GSM/CDMA网络进行组网，采用基站式的网络投资大，维护成本高，通讯距离有限，目前逐步被基于GSM/CDMA的网络所代替。国外在这方面发展较早，90年代初，在互联网刚刚兴起的时候，国外仪器就开始了这方面的研究，目前已经有商品化的仪器供应市场。仪器作为一个网络终端，通过自身的以太网口连接到互联网或局域网，经过，在互联网上任何一台其他计算机都控制访问该仪器，这就较好的实现了仪器的远程使用和控制，代表了仪器的发展方向，以后估计没有网络控制功能的仪器将逐步淡出市场。在07年核工展上德国一个核仪器厂家展出了一种采用GSM网络的仪器终端及处理计算机系统。
现场化方面，在很多领域，如海关监测、环境监测等，测量要求快速给出测量结果，尤其是应急测量要求更是严格，鉴于此，目前实验室仪器和便携式仪表的界限越来越模糊，总的发展趋势是向现场化发展，即仪器在现场就测量分析出终结果，不用取样分析，不用到实验室进行复杂的分析等。
4、 结束语
核仪器应用不仅渗透到核工业每个环节，如找矿、选矿、水冶、铀分离、铀浓缩、核燃料加工、核电运行监测、常规环境监测、后处理、运输等等各个环节，都需要相应的核仪器进行监测，同时在其它领域和行业的应用也越来越广。预计，只要未来15年，国家核电发展没有出现类似前苏联、美国的核电事故，我国的核工业、核仪器产业的发展将是大有作为的。