提到核能，大家可能第一時間想到的是核電站、或者是一些放射性物質。不可否認，核能的發電技術在全球能源結構中占有重要地位，同時，核武器也常常被人們視為毀滅性的科技。然而核技術的潛力卻遠不止這些，它已經悄無聲息地服務于我們生活的方方面面，從醫學到農業，從工業到環保，核技術的應用早已超越了核能發電和武器制造的狹隘范疇，成為了現代社會許多關鍵行業背后的驅動力。

在這一背景下，2024年10月，我國國家原子能機構聯合多個政府部門發布了《核技術應用產業高質量發展三年行動方案（2024—2026年）》。預計到2026年，核技術應用產業將達到4000億元的產值。通過這一戰略，核技術的潛力得到了全新的挖掘和釋放，未來幾年，我們將見證這一隱形力量在社會各個層面發揮更加顯著的作用。

核技術如何運作？

核技術是利用原子核的性質和反應原理進行各種科技應用的技術。它通過對原子核的控制、改造或裂變，產生能量或特定的物質，進而實現不同的應用目標。我們常聽到的核技術主要分為幾種形式，如核裂變、核聚變和同位素技術。

核裂變是指重原子核（如鈾-235或钚-239）吸收一個中子后分裂成較輕的原子核，同時釋放出大量的能量和更多的中子。核裂變是核能發電的核心原理，也是核武器的基本原理之一。在核電站中，通過控制核裂變反應的速度，釋放的能量被轉化為熱能，用于加熱水、產生蒸汽，進而驅動渦輪發電機組發電。

核聚變是指兩個輕原子核（通常是氫的同位素，如氘和氚）在極高溫度和壓力下結合成一個更重的原子核，同時釋放出巨大的能量。核聚變是太陽和其他恒星能量的來源，也是未來清潔能源的理想目標。但盡管核聚變的能量釋放非常高效，目前技術尚未能夠實現持續長期穩定的聚變反應，因此核聚變技術的商用落地仍需一段時間的研究。

同位素是指具有相同質子數但中子數不同的元素，具有不同的物理特性。通過特定的物理和化學處理，可以獲得放射性同位素或穩定同位素，這些同位素在醫學診斷、農業改良、環境監測等領域有廣泛應用。如碘-131和鉬-99等放射性同位素常用于癌癥治療和醫學影像診斷。

圖1 醫用重離子加速器

（圖源：中國科學院近代物理研究所)

精準醫療：放射性藥物與診斷技術

顧名思義，放射性藥物是帶有放射性同位素的藥物，這些同位素能夠通過特殊的設備發出信號，幫助醫生探測到病變組織。例如氟-18標記的葡萄糖（FDG）就是常用的放射性藥物，它會被腫瘤細胞吸收，因為這些細胞代謝特別活躍。再通過PET掃描（正電子發射斷層掃描），醫生就能看到腫瘤的具體位置和大小，早期發現癌癥的幾率大大提高。通過這種方式，醫生不僅能看到腫瘤的形狀，還能知道它在體內是否擴散，幫助制定更加精準的治療方案。

而檢測后的癌癥治療也依賴于核技術的應用。提到癌癥治療，很多人會想到化療和放療。但這兩種方法常常會影響到周圍的健康組織，會有嚴重的副作用。而質子治療和重離子治療是兩種借助核技術的放射治療方法，與傳統的X射線相比，它能在到達腫瘤之前幾乎不產生任何能量，因此只對腫瘤本身進行精準打擊減少對正常組織的傷害。

此外，在整個醫療過程中，治療患者還需要使用到各種醫療器械和藥品。那么這些器械和藥品是否安全無菌也就直接影響到治療的效果與安全性。而核技術中的輻照滅菌，正是利用放射性同位素（如鈷-60）發出的輻射來殺死醫療器械表面及其內部可能存在的細菌、病毒等病原體。相比傳統的高溫蒸汽滅菌，輻照技術的一個突出優點是它不會因為溫度過高而損壞某些敏感的醫療器械材料。所以這種輻照技術的特性，在食品安全領域也尤為重要。

核技術在農業產品中的應用

或許可能聽說過食品輻照這個概念，這是一種非常有效的食品處理方法。它利用放射性物質（如鈷-60、銫-137等）發出的輻射，穿透食品，破壞其中的細菌和病毒的DNA結構，從而殺死這些病原體。而這一過程不會改變食品的口感、營養成分或形態，因此，食品輻照處理后的食品仍然保持其原有的營養和味道。輻照處理后，食品不僅不會受到化學物質污染，且具有更長的保質期。相比傳統的使用防腐劑或加熱處理的食品保鮮方法，食品輻照還有一個顯著的優點：它不會留下任何化學殘留物。

此外，在農業的其他領域，核技術也發揮著重要的作用。如高能粒子誘變技術是核技術在農業中最為典型的應用之一。我們知道自然界中物種進化是通過基因突變不斷推動的，而植物誘變育種技術則是利用輻射或化學物質，人工加速這一自然過程，從而培育出具有特殊優點的作物品種。它通過向植物種子施加輻射（例如中子、γ射線或X射線），對植物的種子或苗木進行處理，引發基因突變，在植物的基因中產生具有更優良特性的品種。這些農作物會具有更高的抗病性、更強的生長能力，甚至對某些極端環境（如干旱、鹽堿地等）有更好的適應性。

同位素示蹤技術在農業中的應用幫助我們控制農業生產過程中的資源利用效率，在肥料和農藥的使用上尤為重要。它的核心在于使用標記物質，也就是在肥料或農藥中加入含有放射性同位素的物質。這些標記物質會隨著農藥和肥料進入土壤，經過植物吸收后，科研人員可以通過特殊儀器監測同位素的分布情況，從而知道這些物質在土壤中如何移動、變形以及如何被植物吸收。

核技術在農業中的應用成效也是極為顯著的，我們知道水稻是全球最重要的糧食作物之一，亞洲地區更是全球水稻生產和消費的核心，約占全球水稻生產和消費的90%。然而水稻種植對水資源的依賴非常大，且受氣候變化的影響。在此背景下，國際原子能機構（IAEA）與聯合國糧農組織（FAO）聯手推出了一項綜合性的技術合作計劃，通過核技術和同位素技術的應用，改善了水稻的生產效率和環境可持續性。在亞洲地區，孟加拉國、老撾、緬甸、尼泊爾、巴基斯坦和越南等六個國家通過應用這項基于核技術的氣候智能型農業方案，使得水稻的產量普遍提高，每公頃增產1至2.5噸，香米的產量提升了188%，而長粒米的增產幅度也達到了176%，且使得氨氣排放量減少了約36%，這對減少農業活動中的溫室氣體排放、改善土壤質量和保護環境具有重要意義。

綜上所述，核技術的未來會如它在過去幾十年中的發展歷程一樣，依舊充滿了無限可能，無限欣喜。隨著技術的不斷突破和全球合作的加深，核技術的應用將進一步推動全球社會向著更加健康、更加智能、更加可持續的方向發展。而這一切，都離不開我們對核這一領域的不斷探索和智慧應用。

參考文獻

伍浩松,張焰.核技術助力亞洲六國提升水稻產量[J].國外核新聞,2024,(09):16.頁碼XXX-XXX？

梁劬,高美須.核技術在農業上應用現狀和展望[J].核農學報,2024,38(01).頁碼XXX-XXX？

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作者：蔡文垂 科普作者

審核：梁忠偉 廣州大學機電學院 副院長

來源: 星空計劃

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