說起重離子加速技術(shù)，給人的第一印象往往是尖端技術(shù)、大科研項(xiàng)目。如今，這一技術(shù)日臻成熟，已經(jīng)成功應(yīng)用到具體產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈上。
日前，記者走訪蘭州等地了解到，中國科學(xué)院近代物理研究所（以下簡稱“近代物理所”）重離子加速器技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等各方面有著重要而廣泛的應(yīng)用。什么是重離子加速技術(shù)？如何走出一條涉及領(lǐng)域廣、產(chǎn)業(yè)鏈條長、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值高的自主道路？科研重器如何更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)生活？
推動(dòng)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高端化
重離子加速技術(shù)是用人工方法利用一定形態(tài)的電磁場將重離子加速，形成高能量重離子束，用以轟擊其他物質(zhì)。目前國內(nèi)規(guī)模最大、加速粒子種類最多、能量最高的是蘭州重離子加速器。
走出蘭州機(jī)場，“中國重離子 生命新希望”的標(biāo)語抬眼可見。利用重離子加速器治療腫瘤癌癥，是大科學(xué)裝置產(chǎn)業(yè)鏈延伸至民生領(lǐng)域的應(yīng)用之一。
甘肅武威腫瘤醫(yī)院副院長張雁山介紹，目前醫(yī)院投入使用的醫(yī)用重離子加速器，是我國擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、完全自主制造的醫(yī)用加速器裝置，由蘭州科近泰基新技術(shù)有限責(zé)任公司（以下簡稱“蘭州泰基”）生產(chǎn)制造。該裝置使用碳離子束殺死癌細(xì)胞，副作用方面也優(yōu)于一些傳統(tǒng)治療。
蘭州泰基是中國科學(xué)院控股有限公司和近代物理所旗下的高新技術(shù)企業(yè)，也是目前國內(nèi)唯一擁有醫(yī)用重離子加速器核心技術(shù)及其生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、運(yùn)維能力的醫(yī)療器械企業(yè)。公司副總經(jīng)理?xiàng)钗慕苷f，完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、完全自主制造，是開拓國內(nèi)外重離子治療市場的信心和底氣。
據(jù)介紹，國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器單臺(tái)產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值達(dá)百億元，目前國內(nèi)已成功推廣8臺(tái)，裝置直接銷售合同額約50億元，今年新簽約裝備協(xié)議達(dá)20億元，并在未來5年推廣10臺(tái)以上。未來，公司將圍繞醫(yī)療服務(wù)、裝備制造、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)維服務(wù)、人員培訓(xùn)等環(huán)節(jié)部署千億元級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈。
在高端醫(yī)用裝備產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，高端醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)也有了全新進(jìn)展。
醫(yī)用同位素對(duì)癌癥等重大疾病的診斷治療，具有安全、精準(zhǔn)、有效等不可替代的優(yōu)勢。以α同位素Ac-225為例，目前全世界每年的產(chǎn)量僅夠約1000名患者使用，全球急需創(chuàng)新技術(shù)解決治療用α同位素低產(chǎn)額和低純度等問題。近代物理所正在蘭州新區(qū)建設(shè)國際上首個(gè)供精準(zhǔn)放療使用的α-同位素藥物研發(fā)平臺(tái)，擬通過創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)工藝，開展醫(yī)用同位素量產(chǎn)攻關(guān)及靶向藥物的研發(fā)。
近代物理所黨委書記、副所長胡正國介紹，平臺(tái)正式投產(chǎn)后，以目前在建的產(chǎn)能保守計(jì)算，醫(yī)用同位素原料每年銷售額將達(dá)到9億元至15億元。
醫(yī)用同位素占醫(yī)用同位素藥物成本的三成左右，醫(yī)用同位素藥物每年的銷售額則有望達(dá)到30億元至50億元。醫(yī)用同位素產(chǎn)能突破后，不僅能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)鏈供給自主可控，還有利于增加供給、降低產(chǎn)品價(jià)格，讓更多的人用得上、用得起。
培育新品種提高產(chǎn)量
除了用于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)外，利用重離子束流輻照育種，培育糧食新品種是重離子加速技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
輻照育種的機(jī)理與太空育種類似，地面加速器育種的優(yōu)勢在于離子束種類、束流強(qiáng)度、能量可控制。將輻照后的種子進(jìn)行篩選，利用可控重離子束流迭代輻照、優(yōu)選優(yōu)育就能誕生既符合種植生產(chǎn)需要，又滿足國家糧食安全需求的新品種。
據(jù)介紹，“兩優(yōu)低鎘1號(hào)”水稻品種就是輻照育種的成功典范。由袁隆平院士團(tuán)隊(duì)研創(chuàng)的低鎘型“臻兩優(yōu)8612”水稻品種，是在近代物理所的重離子束處理下獲得的“鎘低積累”親本選育而來。雙方以此為開端，通過增加重離子束處理樣本規(guī)模，大批量開展了重離子創(chuàng)制鎘低積累水稻種質(zhì)工作，最終促成了低鎘水稻的成功研創(chuàng)。
在保證農(nóng)作物綠色健康的同時(shí)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量也是輻照育種優(yōu)勢之一。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和近代物理所利用重離子束流輻照育種技術(shù)培育了一系列具有優(yōu)勢特點(diǎn)的水稻品種。比如，“東稻122”“東稻275”畝產(chǎn)均能到600公斤以上。截至2023年，東稻系列新品種在黑龍江省、吉林省的累計(jì)種植面積已超100萬畝。
應(yīng)用場景越來越廣泛
在水資源循環(huán)利用中，污水過濾是繞不開的技術(shù)環(huán)節(jié)。用什么過濾，怎么過濾，關(guān)鍵在于過濾材料。重離子微孔膜是目前較為成熟的應(yīng)用材料。利用重離子加速器讓高能粒子在固體中沉積能量，形成強(qiáng)電子激發(fā)效應(yīng)，對(duì)膜材料形成輻照結(jié)構(gòu)損傷，再通過化學(xué)蝕刻形成微孔膜，重離子微孔膜由此產(chǎn)生。
使用重離子微孔膜，作為過濾核心的污水處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無泡狀態(tài)下同步硝化與反硝化，對(duì)污水中總氮的去除具有獨(dú)特優(yōu)勢。使用微孔膜處理后的污水水質(zhì)會(huì)有較大提升，總氮去除率從60%提高至80%以上，工程能耗降低20%。
能源是工業(yè)的糧食，是國家經(jīng)濟(jì)的命脈，維護(hù)能源安全至關(guān)重要。核能因其高效、清潔、綠色的特性，在我國新能源體系中所占比重越來越大。但是，鈾短缺一直影響著核能的發(fā)展。自然界的鈾主要以鈾238為主，鈾235含量少，一般核電站能直接利用的是鈾235。為此，近代物理所原創(chuàng)提出了鈾钚燃料循環(huán)利用方案，可將鈾資源的利用率由約1%提高到約95%，排放出的核廢料數(shù)量降低至現(xiàn)有水平的幾十分之一。
近代物理所副所長楊建成表示，科技成果轉(zhuǎn)化助推經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，既要考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，又要統(tǒng)籌新舊產(chǎn)業(yè)變革的節(jié)奏。產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化沒有經(jīng)濟(jì)性的話，很難培育市場形成生產(chǎn)鏈。以醫(yī)用同位素藥物舉例，從2009年布局到現(xiàn)在核心技術(shù)取得一系列突破，這期間離不開各方面的支持。此外，把傳統(tǒng)核能發(fā)展得更加先進(jìn)和綠色，更是當(dāng)下的務(wù)實(shí)舉措。
說起重離子加速技術(shù)，給人的第一印象往往是尖端技術(shù)、大科研項(xiàng)目。如今，這一技術(shù)日臻成熟，已經(jīng)成功應(yīng)用到具體產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈上。
日前，記者走訪蘭州等地了解到，中國科學(xué)院近代物理研究所（以下簡稱“近代物理所”）重離子加速器技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等各方面有著重要而廣泛的應(yīng)用。什么是重離子加速技術(shù)？如何走出一條涉及領(lǐng)域廣、產(chǎn)業(yè)鏈條長、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值高的自主道路？科研重器如何更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)生活？
推動(dòng)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高端化
重離子加速技術(shù)是用人工方法利用一定形態(tài)的電磁場將重離子加速，形成高能量重離子束，用以轟擊其他物質(zhì)。目前國內(nèi)規(guī)模最大、加速粒子種類最多、能量最高的是蘭州重離子加速器。
走出蘭州機(jī)場，“中國重離子 生命新希望”的標(biāo)語抬眼可見。利用重離子加速器治療腫瘤癌癥，是大科學(xué)裝置產(chǎn)業(yè)鏈延伸至民生領(lǐng)域的應(yīng)用之一。
甘肅武威腫瘤醫(yī)院副院長張雁山介紹，目前醫(yī)院投入使用的醫(yī)用重離子加速器，是我國擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、完全自主制造的醫(yī)用加速器裝置，由蘭州科近泰基新技術(shù)有限責(zé)任公司（以下簡稱“蘭州泰基”）生產(chǎn)制造。該裝置使用碳離子束殺死癌細(xì)胞，副作用方面也優(yōu)于一些傳統(tǒng)治療。
蘭州泰基是中國科學(xué)院控股有限公司和近代物理所旗下的高新技術(shù)企業(yè)，也是目前國內(nèi)唯一擁有醫(yī)用重離子加速器核心技術(shù)及其生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、運(yùn)維能力的醫(yī)療器械企業(yè)。公司副總經(jīng)理?xiàng)钗慕苷f，完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、完全自主制造，是開拓國內(nèi)外重離子治療市場的信心和底氣。
據(jù)介紹，國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器單臺(tái)產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值達(dá)百億元，目前國內(nèi)已成功推廣8臺(tái)，裝置直接銷售合同額約50億元，今年新簽約裝備協(xié)議達(dá)20億元，并在未來5年推廣10臺(tái)以上。未來，公司將圍繞醫(yī)療服務(wù)、裝備制造、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)維服務(wù)、人員培訓(xùn)等環(huán)節(jié)部署千億元級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈。
在高端醫(yī)用裝備產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，高端醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)也有了全新進(jìn)展。
醫(yī)用同位素對(duì)癌癥等重大疾病的診斷治療，具有安全、精準(zhǔn)、有效等不可替代的優(yōu)勢。以α同位素Ac-225為例，目前全世界每年的產(chǎn)量僅夠約1000名患者使用，全球急需創(chuàng)新技術(shù)解決治療用α同位素低產(chǎn)額和低純度等問題。近代物理所正在蘭州新區(qū)建設(shè)國際上首個(gè)供精準(zhǔn)放療使用的α-同位素藥物研發(fā)平臺(tái)，擬通過創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)工藝，開展醫(yī)用同位素量產(chǎn)攻關(guān)及靶向藥物的研發(fā)。
近代物理所黨委書記、副所長胡正國介紹，平臺(tái)正式投產(chǎn)后，以目前在建的產(chǎn)能保守計(jì)算，醫(yī)用同位素原料每年銷售額將達(dá)到9億元至15億元。
醫(yī)用同位素占醫(yī)用同位素藥物成本的三成左右，醫(yī)用同位素藥物每年的銷售額則有望達(dá)到30億元至50億元。醫(yī)用同位素產(chǎn)能突破后，不僅能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)鏈供給自主可控，還有利于增加供給、降低產(chǎn)品價(jià)格，讓更多的人用得上、用得起。
培育新品種提高產(chǎn)量
除了用于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)外，利用重離子束流輻照育種，培育糧食新品種是重離子加速技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
輻照育種的機(jī)理與太空育種類似，地面加速器育種的優(yōu)勢在于離子束種類、束流強(qiáng)度、能量可控制。將輻照后的種子進(jìn)行篩選，利用可控重離子束流迭代輻照、優(yōu)選優(yōu)育就能誕生既符合種植生產(chǎn)需要，又滿足國家糧食安全需求的新品種。
據(jù)介紹，“兩優(yōu)低鎘1號(hào)”水稻品種就是輻照育種的成功典范。由袁隆平院士團(tuán)隊(duì)研創(chuàng)的低鎘型“臻兩優(yōu)8612”水稻品種，是在近代物理所的重離子束處理下獲得的“鎘低積累”親本選育而來。雙方以此為開端，通過增加重離子束處理樣本規(guī)模，大批量開展了重離子創(chuàng)制鎘低積累水稻種質(zhì)工作，最終促成了低鎘水稻的成功研創(chuàng)。
在保證農(nóng)作物綠色健康的同時(shí)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量也是輻照育種優(yōu)勢之一。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和近代物理所利用重離子束流輻照育種技術(shù)培育了一系列具有優(yōu)勢特點(diǎn)的水稻品種。比如，“東稻122”“東稻275”畝產(chǎn)均能到600公斤以上。截至2023年，東稻系列新品種在黑龍江省、吉林省的累計(jì)種植面積已超100萬畝。
應(yīng)用場景越來越廣泛
在水資源循環(huán)利用中，污水過濾是繞不開的技術(shù)環(huán)節(jié)。用什么過濾，怎么過濾，關(guān)鍵在于過濾材料。重離子微孔膜是目前較為成熟的應(yīng)用材料。利用重離子加速器讓高能粒子在固體中沉積能量，形成強(qiáng)電子激發(fā)效應(yīng)，對(duì)膜材料形成輻照結(jié)構(gòu)損傷，再通過化學(xué)蝕刻形成微孔膜，重離子微孔膜由此產(chǎn)生。
使用重離子微孔膜，作為過濾核心的污水處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無泡狀態(tài)下同步硝化與反硝化，對(duì)污水中總氮的去除具有獨(dú)特優(yōu)勢。使用微孔膜處理后的污水水質(zhì)會(huì)有較大提升，總氮去除率從60%提高至80%以上，工程能耗降低20%。
能源是工業(yè)的糧食，是國家經(jīng)濟(jì)的命脈，維護(hù)能源安全至關(guān)重要。核能因其高效、清潔、綠色的特性，在我國新能源體系中所占比重越來越大。但是，鈾短缺一直影響著核能的發(fā)展。自然界的鈾主要以鈾238為主，鈾235含量少，一般核電站能直接利用的是鈾235。為此，近代物理所原創(chuàng)提出了鈾钚燃料循環(huán)利用方案，可將鈾資源的利用率由約1%提高到約95%，排放出的核廢料數(shù)量降低至現(xiàn)有水平的幾十分之一。
近代物理所副所長楊建成表示，科技成果轉(zhuǎn)化助推經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，既要考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，又要統(tǒng)籌新舊產(chǎn)業(yè)變革的節(jié)奏。產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化沒有經(jīng)濟(jì)性的話，很難培育市場形成生產(chǎn)鏈。以醫(yī)用同位素藥物舉例，從2009年布局到現(xiàn)在核心技術(shù)取得一系列突破，這期間離不開各方面的支持。此外，把傳統(tǒng)核能發(fā)展得更加先進(jìn)和綠色，更是當(dāng)下的務(wù)實(shí)舉措。
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