湯彬教授（右二）在實驗室指導(dǎo)實驗

研究團隊在野外開展實地測試工作

    鈾是核軍工的基石，也是重要的核能原料，確保鈾資源可靠供給事關(guān)國家安全和低碳環(huán)保的長遠(yuǎn)目標(biāo)。

    歷時29年，東華理工大學(xué)副校長湯彬教授帶領(lǐng)團隊，創(chuàng)新了現(xiàn)場鈾礦定量和環(huán)境輻射計量的方法理論，研發(fā)出多項關(guān)鍵技術(shù)和成套儀器設(shè)備，形成了一系列國家、國防及行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得我國鈾礦勘探和環(huán)境輻射測量的技術(shù)水平躋身于世界先進(jìn)行列。

    1月9日，在2016年度國家科技獎勵大會上，由東華理工大學(xué)牽頭，聯(lián)合核工業(yè)航測遙感中心、上海市計量測試技術(shù)研究院、貝谷科技股份有限公司等開展的“面向鈾礦與環(huán)境的核輻射探測關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備及其應(yīng)用”研究摘得國家科技進(jìn)步獎二等獎。項目對打破國外技術(shù)封鎖和儀器產(chǎn)品壟斷、提升核工業(yè)自主創(chuàng)新水平、保障國家能源安全、推動江西省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)更好更快發(fā)展具有重要意義。

    向“四類缺陷”“三種不能”宣戰(zhàn)

    獲取鈾資源包括鈾礦普查（即找礦）、鈾礦勘探（即探明鈾儲量）、鈾礦采冶（即提取鈾資源）等復(fù)雜過程，此外還涉及環(huán)境安全的諸多難題。

    探尋地球局部空間的放射性異常，研究天然或人工放射性核素的分布規(guī)律，是面向鈾礦和環(huán)境核輻射探測技術(shù)的研究基礎(chǔ)，也是尋找鈾資源、評價環(huán)境輻射和保障環(huán)境安全的基本方法。

    我國曾經(jīng)一度被認(rèn)為是“貧鈾”國家，翻開我國核地質(zhì)60余年的發(fā)展史會發(fā)現(xiàn)，我國早期探明的鈾礦儲量很少，甚至沒有萬噸級大礦。

    湯彬解釋說，其中原因之一，是早期我國鈾礦定量主要依賴鉆孔巖芯化學(xué)分析法，該法難以回避鉆孔取芯效率低、礦樣分析周期長、邊界圈定誤差大、鈾礦定量成本高等“四類缺陷”，在引進(jìn)前蘇聯(lián)γ測井平均含量法之后，鈾礦勘探人員仍然受到該法的“三種不能”困擾——不能細(xì)分礦層、不能區(qū)分非礦夾層、不能現(xiàn)場鈾礦定量。同期，美國研發(fā)的GAMLOG法對我國進(jìn)行封鎖。受此制約，我國鈾礦勘探周期少則3—5年，多則10余年，更深層次的影響是，對我國地下究竟蘊藏著多少有望發(fā)現(xiàn)的鈾礦產(chǎn)資源量缺乏科學(xué)評估的手段。

    構(gòu)建三維空間核輻射探測體系

    圍繞盡快新增鈾礦儲量、保障鈾開發(fā)利用的環(huán)境輻射安全等問題，在中國核工業(yè)地質(zhì)局和國家科技計劃項目的持續(xù)支持下，團隊成員針對地下的天然放射性核素，地面和大氣中的天然與人工放射性核素，實施三維空間的核輻射探測，利用其測量結(jié)果，分別解決了鈾礦勘探所需的現(xiàn)場鈾礦定量、環(huán)境安全所需的環(huán)境輻射計量等工程技術(shù)難題。

    團隊核心成員主要來自于具有地學(xué)優(yōu)勢和核特色的大學(xué)——東華理工大學(xué)。作為中國核工業(yè)創(chuàng)建的第一所大學(xué)，該校為我國核大國地位的確立和鈾礦地質(zhì)事業(yè)的發(fā)展、為國防科技工業(yè)和地方經(jīng)濟建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)，榮獲“中國核地學(xué)搖籃”和“國際原子能事業(yè)寶貴財富”的美譽。依托學(xué)校的特色與優(yōu)勢，團隊核心成員長期從事地球空間核輻射探測技術(shù)的理論研究、技術(shù)開發(fā)與儀器研制等工作，其中在鉆孔中探測地層巖石放射性的γ測井技術(shù)及鈾礦定量方法等研究成果尤為突出。

    團隊的創(chuàng)新性研究成果——基于鉆孔γ輻射總量及全譜的鈾礦定量分層解釋理論與方法技術(shù)等，可逐點解析沿鉆孔軸線的地層巖石鈾含量分布，可替代確定鈾含量的鉆孔巖芯取樣與化學(xué)分析等常規(guī)方法，解決了利用測井結(jié)果快速定量和準(zhǔn)確評價礦產(chǎn)資源的世界性難題，對估算我國鈾資源儲量，提高鈾礦勘探效率，節(jié)省鈾資源定量成本有重要意義。目前，基于γ輻射總量測井的五點式反褶積分層解釋技術(shù)已成為我國鈾礦定量的標(biāo)準(zhǔn)方法，該方法被國家核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《γ測井規(guī)范》（EJ/T 611）采用達(dá)20余年。

    校準(zhǔn)航空γ能譜儀是開展大區(qū)域環(huán)境輻射監(jiān)測、核應(yīng)急航空調(diào)查的前提條件，但我國一直沒有地面配套的空中校準(zhǔn)大型輻射源，環(huán)境輻射航空γ測量工作的有效開展受到制約。為此，團隊成員首創(chuàng)了有限面源替代無限面源的大型γ輻射儀校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法包括將1個正六邊形小面源模擬為多個正六邊形大面源的場源互換校準(zhǔn)方法、采用地面小面源模擬空中大面源的兩源互換校準(zhǔn)方法、采用地面木板模擬空中大氣吸收的介質(zhì)互換校準(zhǔn)方法；創(chuàng)建了地表不同高度的天然核素比活度與環(huán)境輻射劑量率的換算方法與換算圖表等關(guān)鍵技術(shù)，解決了地面校準(zhǔn)大型γ輻射儀的世界性難題。

    氡是極微量的天然放射性氣體元素，在人類遭受的輻射劑量中，環(huán)境中氡及子體造成的天然輻射占比高達(dá)50%以上，準(zhǔn)確測量環(huán)境氡及子體的濃度必須先研發(fā)計量標(biāo)準(zhǔn)。為此，團隊成員重點開展了氡及子體的α輻射探測技術(shù)研究，創(chuàng)新了氡室動態(tài)補氡、量值可調(diào)、量值穩(wěn)定等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)出相應(yīng)的中/小型氡室計量標(biāo)準(zhǔn)裝置，解決了中/小型氡室氡濃度均勻性控制、快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)等技術(shù)難題，為氡測量提供了準(zhǔn)確可靠的計量保障，改變了國內(nèi)計量檢定機構(gòu)缺乏氡計量標(biāo)準(zhǔn)的尷尬局面。此外，項目團隊還研發(fā)了基于高壓電暈放電的氡及子體高效采樣方法與高靈敏度測氡技術(shù)，解決了土壤氡、大氣微氡及子體的測量靈敏度偏低等技術(shù)難題。

    湯彬說，目前項目研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)大多已應(yīng)用于相關(guān)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置與成套儀器設(shè)備的研制中，并形成和制定了相應(yīng)的國家、國防及行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括形成和制定了我國首部《γ測井規(guī)范》《γ測井儀檢定規(guī)程》等核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；形成和制定了《航空γ能譜儀檢定規(guī)程》等國防軍工標(biāo)準(zhǔn)，點源校準(zhǔn)因此被廢止；制定了新的《測氡儀檢定規(guī)程》，形成了核行業(yè)與社會公用計量標(biāo)準(zhǔn)。

    “通過項目的實施，打破了國外封鎖，創(chuàng)立了我國獨有的鈾礦定量體系，研發(fā)的系列核心技術(shù)與成套儀器設(shè)備填補了多項國內(nèi)空白。”湯彬說。

    為環(huán)境輻射安全“保駕護(hù)航”

    2011年，日本福島核事故泄露的137Cs（銫137）、134Cs（銫134）、131I（碘131）等人工放射性核素嚴(yán)重污染周邊環(huán)境，短期內(nèi)造成食品和水等生物質(zhì)材料所含放射性核素的巨大檢測需求，項目團隊利用基于γ輻射及能段法的核素比活度測量與核素快速定量等關(guān)鍵技術(shù)，立刻研制了多款快速識別與定量檢測137Cs、134Cs、131I等人工放射性核素的輕便型核輻射探測儀器，短期內(nèi)形成批量生產(chǎn)并大量銷往日本及周邊地區(qū)，其中食品和水中放射性檢測儀、個人輻射劑量報警儀等產(chǎn)品的累計銷量達(dá)15000余臺。作為國內(nèi)核儀器設(shè)備和解決方案的主要提供商，近三年儀器設(shè)備銷售產(chǎn)值和技術(shù)服務(wù)收益近10億元。湯彬說，該成果也引起我國電離輻射計量部門與全國電離輻射計量技術(shù)委員會的密切關(guān)注，現(xiàn)已啟動生物質(zhì)中人工放射性核素測量儀器校準(zhǔn)規(guī)范的國家標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

    作為社會公益為主的科研項目，研究成果產(chǎn)生了重大社會效益和良好經(jīng)濟效益及環(huán)境效益。據(jù)初步估算，這項成果節(jié)支總額近100億元，近三年銷售產(chǎn)值與技術(shù)服務(wù)收益近10億元。

    自分層解釋方法被確定為我國鈾礦定量的標(biāo)準(zhǔn)方法以來，我國已新增2/3以上鈾資源儲量，這些鈾資源儲量估算已全部使用了該方法，通過替代巖芯化學(xué)分析帶來的節(jié)支總額近100億元。

    航空γ輻射儀校準(zhǔn)技術(shù)已在核應(yīng)急航空調(diào)查等國防及重大工程得到推廣應(yīng)用，依托該技術(shù)創(chuàng)建了我國唯一的“國家核應(yīng)急航空監(jiān)測中心”。 特別在秦山核電、上海等地區(qū)以及華北某基地的環(huán)境輻射首次航空調(diào)查中，圈定了41Ar（氬41）煙羽、137Cs核素的本底分布，還發(fā)現(xiàn)了一些未知放射性熱點。

    氡計量標(biāo)準(zhǔn)裝置在環(huán)保部、質(zhì)檢總局、中核集團、高校及科研機構(gòu)得到了推廣應(yīng)用，國內(nèi)占比80%以上。團隊研發(fā)的氡計量技術(shù)及“HD系列”氡室產(chǎn)品已被國家環(huán)保部所屬的多個電離輻射環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)、國家質(zhì)檢總局所屬的多個省(市)計量測試研究院所、中國核工業(yè)集團公司所屬的多個研究與生產(chǎn)單位廣泛使用，已占據(jù)國內(nèi)氡計量標(biāo)準(zhǔn)裝置80%以上市場。

    為打破民用核儀器的國外壟斷，團隊研制并產(chǎn)業(yè)化了以通道式放射性監(jiān)測為代表的系列化專用型核輻射探測儀器設(shè)備。該成果解決了環(huán)境輻射監(jiān)測、反核恐與預(yù)防核污染的放射性實時在線監(jiān)測、快速檢測、核素識別等工程應(yīng)用難題。目前通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)已在全國各海關(guān)、出入境口岸、金屬回收和熔煉企業(yè)等單位銷售500余套。目前5大系列20余種民用核儀器在環(huán)保、海關(guān)、邊檢與出入境口岸得到了廣泛應(yīng)用。

    依照我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，2020年我國大陸運行核電裝機容量將達(dá)到5800萬千瓦，所占電力比例也將提升到4%以上。

    在湯彬看來，加大低成本、高效益的鈾礦勘查力度和地浸采鈾技術(shù)是國內(nèi)發(fā)展鈾礦事業(yè)的主流方向，面向鈾礦與環(huán)境的核輻射探測技術(shù)仍將發(fā)揮重要作用，項目研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)、儀器設(shè)備和計量裝置具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。隨著我國國防軍工與核能發(fā)電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，鈾礦勘查與環(huán)境輻射監(jiān)測的核輻射探測技術(shù)需求將進(jìn)一步加大，相應(yīng)的計量標(biāo)準(zhǔn)裝置和儀器設(shè)備的應(yīng)用需求也在連續(xù)增長，項目還將持續(xù)產(chǎn)生相應(yīng)的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。