科研重器更好服務經濟社會

說起重離子加速技術，給人的第一印象往往是尖端技術、大科研項目。如今，這一技術日臻成熟，已經成功應用到具體產業和產業鏈上。

日前，記者走訪蘭州等地了解到，中國科學院近代物理研究所（以下簡稱“近代物理所”）重離子加速器技術在工農業生產、醫療衛生等各方面有著重要而廣泛的應用。什么是重離子加速技術？如何走出一條涉及領域廣、產業鏈條長、產業產值高的自主道路？科研重器如何更好服務經濟發展、社會生活？

推動醫藥產業高端化

重離子加速技術是用人工方法利用一定形態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。目前國內規模最大、加速粒子種類最多、能量最高的是蘭州重離子加速器。

走出蘭州機場，“中國重離子 生命新希望”的標語抬眼可見。利用重離子加速器治療腫瘤癌癥，是大科學裝置產業鏈延伸至民生領域的應用之一。

甘肅武威腫瘤醫院副院長張雁山介紹，目前醫院投入使用的醫用重離子加速器，是我國擁有完全自主知識產權、完全自主制造的醫用加速器裝置，由蘭州科近泰基新技術有限責任公司（以下簡稱“蘭州泰基”）生產制造。該裝置使用碳離子束殺死癌細胞，副作用方面也優于一些傳統治療。

蘭州泰基是中國科學院控股有限公司和近代物理所旗下的高新技術企業，也是目前國內唯一擁有醫用重離子加速器核心技術及其生產制造、安裝調試、運維能力的醫療器械企業。公司副總經理楊文杰說，完全自主知識產權、完全自主制造，是開拓國內外重離子治療市場的信心和底氣。

據介紹，國產醫用重離子加速器單臺產業鏈價值達百億元，目前國內已成功推廣8臺，裝置直接銷售合同額約50億元，今年新簽約裝備協議達20億元，并在未來5年推廣10臺以上。未來，公司將圍繞醫療服務、裝備制造、基礎設施、運維服務、人員培訓等環節部署千億元級產業鏈。

在高端醫用裝備產業蓬勃發展的同時，高端醫藥產業也有了全新進展。

醫用同位素對癌癥等重大疾病的診斷治療，具有安全、精準、有效等不可替代的優勢。以α同位素Ac-225為例，目前全世界每年的產量僅夠約1000名患者使用，全球急需創新技術解決治療用α同位素低產額和低純度等問題。近代物理所正在蘭州新區建設國際上首個供精準放療使用的α-同位素藥物研發平臺，擬通過創新研發生產工藝，開展醫用同位素量產攻關及靶向藥物的研發。

近代物理所黨委書記、副所長胡正國介紹，平臺正式投產后，以目前在建的產能保守計算，醫用同位素原料每年銷售額將達到9億元至15億元。

醫用同位素占醫用同位素藥物成本的三成左右，醫用同位素藥物每年的銷售額則有望達到30億元至50億元。醫用同位素產能突破后，不僅能實現關鍵核心技術、裝備研發及產業鏈供給自主可控，還有利于增加供給、降低產品價格，讓更多的人用得上、用得起。

培育新品種提高產量

除了用于醫藥產業外，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的另一個應用領域。

輻照育種的機理與太空育種類似，地面加速器育種的優勢在于離子束種類、束流強度、能量可控制。將輻照后的種子進行篩選，利用可控重離子束流迭代輻照、優選優育就能誕生既符合種植生產需要，又滿足國家糧食安全需求的新品種。

據介紹，“兩優低鎘1號”水稻品種就是輻照育種的成功典范。由袁隆平院士團隊研創的低鎘型“臻兩優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模，大批量開展了重離子創制鎘低積累水稻種質工作，最終促成了低鎘水稻的成功研創。

在保證農作物綠色健康的同時，提高農作物產量也是輻照育種優勢之一。中國科學院東北地理與農業生態研究所和近代物理所利用重離子束流輻照育種技術培育了一系列具有優勢特點的水稻品種。比如，“東稻122”“東稻275”畝產均能到600公斤以上。截至2023年，東稻系列新品種在黑龍江省、吉林省的累計種植面積已超100萬畝。

應用場景越來越廣泛

在水資源循環利用中，污水過濾是繞不開的技術環節。用什么過濾，怎么過濾，關鍵在于過濾材料。重離子微孔膜是目前較為成熟的應用材料。利用重離子加速器讓高能粒子在固體中沉積能量，形成強電子激發效應，對膜材料形成輻照結構損傷，再通過化學蝕刻形成微孔膜，重離子微孔膜由此產生。

使用重離子微孔膜，作為過濾核心的污水處理系統能夠實現無泡狀態下同步硝化與反硝化，對污水中總氮的去除具有獨特優勢。使用微孔膜處理后的污水水質會有較大提升，總氮去除率從60%提高至80%以上，工程能耗降低20%。

能源是工業的糧食，是國家經濟的命脈，維護能源安全至關重要。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，近代物理所原創提出了鈾钚燃料循環利用方案，可將鈾資源的利用率由約1%提高到約95%，排放出的核廢料數量降低至現有水平的幾十分之一。

近代物理所副所長楊建成表示，科技成果轉化助推經濟社會發展，既要考慮經濟發展趨勢，又要統籌新舊產業變革的節奏。產業轉化沒有經濟性的話，很難培育市場形成生產鏈。以醫用同位素藥物舉例，從2009年布局到現在核心技術取得一系列突破，這期間離不開各方面的支持。此外，把傳統核能發展得更加先進和綠色，更是當下的務實舉措。