核技术(20世纪初推出的能源技术)

核技术

核技术（英文名：Nuclear technology），是以核科学揭示的原子核结构、变化规律及相关物理现象为基础，研发和应用反应堆、加速器、放射性同位素、核探测器与核仪器等装置的现代高新技术。

核技术诞生于20世纪初，自1896年贝可勒尔发现了铀的天然放射性后，随着镭（Ra）和钋（Po）以及人工放射性的发现，原子核模型的建立，同位素示踪概念的引入等，核科学技术的开创性知识随即投入应用。1942年，美国建成世界上第一座原子核反应堆。1945年，美国第一颗核航弹试爆成功。1952年，美国氢弹试验成功。1954年，苏联建成了世界上第一座核电站。1955年，美国建造了世界上第一艘核潜艇。1958年，中国第一座重水反应堆和回旋加速器建成并投入运行。1964年，中国第一颗原子弹爆炸成功。1967年，中国第一颗氢弹爆炸成功。1974年，美国莱德利建成了第一台全身X-CT机。1991年，中国自行设计建造的首座核电站——秦山核电站并网发电。截至2025年3月6日，全球在运核电机组417台，总装机容量377GWe。

核技术具有高灵敏度、特异性、选择性、抗干扰性、穿透性等特点。其一般分为核武器技术、核动力技术和非动力核技术。在军事领域，人们利用核技术制造原子弹和氢弹作为大杀伤力武器；能源工业方面，世界各国建造了大量的核电站。核技术的应用范围不断拓展，已广泛应用于工业、农业、医学、环保等领域，并在辐照材料改性、辐照加工服务、辐射技术装备、公众健康、环境保护等方面形成一定的产业规模。

2025年11月，俄罗斯国家原子能公司首席执行官阿列克谢·利哈乔夫表示，俄罗斯和印度在核能领域的合作正在迈向一个新的台阶，这可能涉及更高水平的本地化和技术转让。

定义

核技术是以核科学揭示的原子核结构、变化规律及相关物理现象为基础，研发和应用反应堆、加速器、放射性同位素、核探测器与核仪器等装置的现代高新技术。

发展历史

世界

研究阶段

1896年，法国贝可勒尔（A.H.Becqueral）发现铀的天然放射性，这是人类第一次在实验室观察到原子核现象，开辟了核科学技术领域。1898年，法国科学家居里夫妇（Pierre&Marie Curie）相继发现了钋（Po）和镭（Ra）。同年，英国欧内斯特·卢瑟福用强磁铁使铀射线偏转，发现两种不同的射线，其中一种非常容易被吸收，称为α射线，另一种具有较强穿透力，称为ρ射线。1900年，法国维拉德（P.Villard）观察到第三种射线，它不受磁场的影响，与X射线非常类似，称为γ射线。

1902年，居里夫妇提炼出0.1g的镭盐和几毫克钋。1903年，贝可勒尔和居里夫妇三人共同获得了诺贝尔物理学奖。1911年，卢瑟福提出了“原子由处于中心的原子核及围绕其运动的电子组成”的原子模型，在这个模型基础上发展和建立了研究原子核外电子运动规律的原子物理学、研究原子核内质子和中子运动规律与原子核结构的原子核物理学。1919年，他用α粒子轰击氮，由14N（α，ρ）17O反应探测到产生的质子，这是人类历史上首次实现的人工核反应。

1930年，美国欧内斯特·劳伦斯（E.O.Lawrence）提出利用加速器加速粒子的设想；同年，德国物理学家博特（E.Bothe）与贝克尔（H.Becker）采用α粒子轰击铍、锂、硼原子核，观测到一种穿透力很强的射线，该射线于1932年被英国物理学家詹姆斯·查德威克（J.Chadwick）命名为中子。1931年，美国物理学家罗伯特·范德格拉夫（R.J.Van de Graaft）建造了静电加速器；劳伦斯和利文斯顿（M.S.Livingston）设计制造了第一台用来加速离子的回旋加速器。

1932年，英国考可饶夫（J.D.Cockcroft）和瓦尔顿（E.T.S.Walton）建造了世界上第一台800kV的高压倍加器，即考可饶夫-瓦尔顿加速器。建成后一个月，用它提供的400keV质子轰击锂的核反应产生了α粒子。同年，欧内斯特·劳伦斯建成第二台回旋加速器，能将质子加速至可引发核反应的1.22MeV能量，并利用该装置通过⁹⁸Mo（d,n）⁹⁹Tc核反应制备出第一个人造元素锝（Tc）。

1934年，法国让·约里奥－居里（Joliot Curie）夫妇用钚的α射线轰击铝箔，发现其具有放射性，利用化学方法从铝箔中分离出磷-30，首次发现人工发射性。随后在实验中发现铀裂变会释放大量能量，预言可以实现链式反应。同年，欧内斯特·卢瑟福与澳大利亚奥利芬特（M.Oliphant）、奥地利哈尔特克（P.Harteck），利用加速器产生的氘轰击氘获得了氚，实现了世界上第一次核聚变反应。

1938年，由美国物理学家贝特（H.A.Bethe）和德国天文学家魏茨泽克（F.V.Wetabckor）各自独立发现发生于恒星内部的两种氢聚变为氮的热核反应。同年，德国哈恩（O.Hahn）等发现铀裂变现象。1939年，让·约里奥－居里等发现铀裂变的链式反应。1942年，美国恩里科·费米（E.Fermi）等在美国建成世界上第一座原子核反应堆。1945年，美国第一颗核航弹试爆成功。原子弹的爆炸对世界经济、政治产生了影响，也进一步促进了原子核技术的发展，形成了核技术科学学科。

应用阶段

第二次世界大战结束（1945年）后，核技术开始向应用方向发展，特别是向国民经济转移。美国在战争期间建立的橡树岭（ORNL）、阿贡（ANL）、布鲁克海文（BNL）等国家实验室，开始利用核技术方法研究和解决环境、海水淡化、水质评价、癌症诊断和治疗、生物医学、核能源等诸多问题。1952年，美国氢弹试验成功。1954年，苏联建成了世界上第一座核电站。1955年，美国建造了世界上第一艘核潜艇。1957年，美国瑞侃（Raychem）公司首次用加速器辐照生产热缩材料（heatshrinkable materials），开创了辐射化工产业的历史。同年，美国凡士通（Firestone）公司首次用加速器辐照硫化技术生产汽车轮胎。1959年，美苏核动力船先后下水。

20世纪60年代，核技术在民用领域取得了重大成果。例如，美国阿贡实验室发展并建立了中子照相，用于飞机零部件、登月舱起爆器、雷管、导火索等器部件检测；美国布鲁克海文实验室在反应堆上产生了99Mo-99mTc母牛，这是当代核医学最重要的一种显像示踪剂。1961年，Allis-查尔姆斯理工大学&William Myers将第一台商用Anger camera在Ohio大学投入使用。1969年7月20日，美国阿波罗11号飞船登月，为飞船供热的两个装置为钚-238同位素发热器。

成长阶段

20世纪70年代是核技术及其应用的成长阶段，发达国家核技术已经用于国民经济各领域，核技术成为一个新兴的产业。1970年，美国福特汽车公司公司首次将电子加速器用于汽车配件涂漆固化。1971年，英国亨斯菲尔德（G.N.Hounsfirtld）和美国科马克（A.M.Cormack）建成第一台头部X-CT，他们因此获得了1979年诺贝尔生理学或医学奖。1974年，美国莱德利（R.S.Ledley）建成了第一台全身X-CT机。同年，第一台正电子发射计算机断层成像仪（PET）问世，并在20世纪90年代后期用于临床。1976年，J.Keyes研制出第一台多用途单光子发射计算机断层成像仪（SPECT）。

产业化阶段

20世纪80年代是核技术及其应用的成熟发展阶段，微电子学、计算机及各种新型仪器设备的发展，推动了核技术的发展。1981年，J.P.Mach发表第一个肿瘤显像的单株抗体放射性药物。20世纪90年代起，核技术及其应用进入产业化阶段。1991年，Cytogen公司第一个推出经美国食品药品监督管理局（FDA）同意的肿瘤显像的单株抗体放射性药物。2009年，美国仅同位素与辐射技术产值已达到6000亿美元，占当年GDP比例的3%左右。2014年，韩国应用辐射及放射性同位素产生的收入（经济规模）总计约16.53万亿韩元。2015年，日本的辐射应用经济规模约为43700亿日元。截至2025年3月6日，全球在运核电机组417台，总装机容量377GWe。

中国

20世纪50年代中期，中国制定了核技术应用发展的规划，建立了相关机构，进行了人员培训等。许多高等院校设置了核科学专业课程。1958年，在苏联援助下，中国第一座重水反应堆和回旋加速器在原子能研究所（现为中国原子能科学研究院）建成并投入运行，标志着中国跨进原子能时代。

20世纪六七十年代，中国发展和建立了各种核技术方法，致力开展核技术应用研究。1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊爆炸试验成功。1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功。1969年，中国开始采用重水反应堆生产和供应放射性同位素。20世纪80年代，核技术广泛应用于工业。例如，工业同位素仪表的应用、辐射加工技术的工业化、核测井技术用于油田和煤田勘探等。1985年3月20日，中国大陆自行设计的第一座30万千瓦级压水堆核电站在秦山开工建设。1991年12月15日，秦山核电站并网发电，实现了中国大陆核电零的突破。

2011年，中国科学家在核研究上取得了重大技术突破，实现了核动力堆中燃烧后的核燃料铀钚材料回收，使铀利用率至少提升60倍。2015年2月，随着第9台机组投入商业运行，秦山核电基地总装机容量达660.4万千瓦，年发电量约500亿千瓦时，约占浙江省全年用电量的15%。2020年，秦山核电9台机组中的8台在WANO（世界核电运营者协会）综合排名中位列第一。

2021年6月24日，国家原子能机构联合7部门正式发布《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》，该规划是中国首个针对核技术在医疗卫生应用领域发布的纲领性文件。截至2025年12月底，中国共有62台运行核电机组、37台在建核电机组，在建和运行机组总数量世界第一；在用放射源约17.8万枚，射线装置约35.49万台（套）。

分类

核技术一般分为核武器技术、核动力技术和非动力核技术（同位素与辐射技术，简称同辐技术）。

核武器技术

核武器技术泛指核武器研制、设计和生产等工程技术。核技术是根据原子核与原子核或原子核与核子之间相互作用，产生新的原子核或核子，并发生能量转换，释放出大量能量的原理，来获取核能。把核物理学原理转化为核技术，再开发核技术产品的过程，从一开始就是为了制造大威力的杀伤武器，具有明显的军事目的。

核武器是指包括氢弹、原子弹、中子弹、三相弹、反物质弹等在内的与核反应有关的巨大杀伤性武器。核武器，利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括裂变武器（第一代核武，通常称为原子弹）和聚变武器（又称为氢弹，分为两级及三级式）。有些还在武器内部放入具有感生放射性的轻元素，以增大辐射强度扩大污染，或加强中子放射以杀伤人员（如中子弹）。

核武器也叫核子武器或原子武器。核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。

核动力技术

核动力是利用可控核反应来获取能量，从而得到动力，热量和电能。利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。

世界上核发电和核动力推进装置，普遍采用的是用轻水或重水作冷却剂和慢化剂的热中子反应堆。核反应堆内，除了装有核燃料外，还有慢化剂、冷却剂、中子吸收体和其他金属结构材料，并且按一定成分比例构成一个有限尺寸大小的核反应区域，通常称为核反应堆堆芯。

非动力核技术

核物理学中，将产生、获取、利用射线效应的技术称为非动力核技术，非动力核技术就是对核反应效应的应用。原子核反应或放射性物质衰变发出的射线，或利用粒子加速器设备产生高能带电粒子，或利用高能带电粒子轰击金属产生的射线，可以引起物质分子结构改变或破坏，从分子的层面上改变物质性能，或使生物体变异、死亡，这是原子核反应效应的结果。非动力核技术包括放射性核素制备，核分析技术，核仪器仪表，辐射加工等方面。

放射性核素制备

放射性核素包括天然放射性核素和人工放射性核素。人工放射性核素因其具有射线强度容易控制、可制成各种所需形状的放射源、半衰期通常较短（放射性废物易处理）等特点而得到广泛应用。人工放射性核素主要利用反应堆、加速器生产，还可利用上述两者生产的放射性核素制成发生器，以获取短寿命核素。通过反应堆可以大批量地生产各种放射性核素，并且生产成本相对低；利用加速器生产的放射性核素尽管产能小，但无载体、比活度高，核素品种也较多。在生产放射性核素的过程中，通常会产生大量放射性废物。优化生产工艺以减少放射性废物产生、控制并妥善处理放射废物以避免对环境产生较大的危害是放射性核素生产中需要解决的重要技术问题。

核分析技术

核分析技术是基于核相互作用、核过程或核效应所产生的核性质进行的一种分析方法。现代核分析技术是以核物理和核化学为基础，利用各种核效应、核谱学、核电子学、核探测技术等发展起来的一种先进的分析技术。具有灵敏度高、准确度好、分辨率高、破坏性低，具备多元素分析、核素分析以及微结构分析能力、可实施离线和在线测量等优点和特点，因此常可用于一般非核分析技术难以完成、甚至无法完成的分析鉴定工作，如文物鉴定、年代测定、产地确定、制作工艺水平分析以及在线质量监测等。核分析技术主要包括离子束分析技术（Ion Beam Analysis，IBA）、超精细相互作用核分析（Hyper fine effectanalysis）、和活化分析技术（Activation analysis）等。

核仪器仪表

核仪器仪表包括利用核技术原理的测量仪表、用于测量电离辐射量以及控制涉及电离辐射的设备或过程的仪器或设备。核仪器与仪表系统是由为完成一个确定的目标而组合起来的设备、装置、部件或者连接单元组成，一般包括核辐射探测器、核电子学仪器、符合核安全要求的过程监测仪表和用于核设施及核安全设备监测和控制保护的数字化系统。核仪器与仪表种类繁多，已应用于国民经济和人民生活的方方面面，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。

辐射加工

辐射加工是利用辐射化学的基本原理进行工业生产和材料制备的高新技术，如辐照可实现材料改性，还能利用辐射将有机小分子聚合成有机高分子化合物，比传统聚合反应条件的高温高压要温和得多，在常温常压下就可进行，甚至在负一百多度的低温下也能实现单体的聚合；且无需引发剂、催化剂等，这对生物功能材料的合成具有重要意义，常规化学合成反应中所使用的引发剂、催化剂的残基及残留物常常引起人体细胞的过敏反应，限制了生物相容性材料（Biocom-patible materials）的应用，因此，由于辐射聚合制备的生物功能材料不含引起人体过敏的化学残基，是医学和生物材料制备具有发展前途得技术。还可进行辐射固化、辐射育种、消毒灭菌等，应用领域广泛。

应用领域

在军事领域，核技术制造原子弹和氢弹作为大杀伤力武器；能源工业方面，世界各国建造了大量的核电站。核技术的应用范围不断拓展，已广泛应用于工业、农业、医学、环保等领域，并在辐照材料改性、辐照加工服务、辐射技术装备、公众健康、公共安全、环境保护等方面形成一定的产业规模。

工业领域

在工业领域，核技术应用的快速发展已成为推进新技术、新材料、新工艺、新方法不断取得创新发展的动力之一。利用辐照技术改性高分子材料，使其具备低烟、耐高温、不易老化等优点；利用射线工业CT等无损检测装置确定产品、设备、材料中存在的缺陷，提高产品质量。在有机高分子化合物材料改性方面应用较为广泛的辐照交联技术，可以使线性高分子在射线作用下具有绿色、高效、易控等优点。利用该技术处理的聚乙烯，其耐温等级和耐磨损性分别是普通PVC的2倍和10倍，已广泛应用于能源、电力、交通、通信、建筑等领域。此外，经过辐射加工获得的高性能塑料，可以用于制造卫星器件，制造人工心脏瓣膜、人工关节、人工角膜等。

农业领域

在农业领域，核技术已广泛应用于植物辐射诱变育种、农产品和食品辐射加工、昆虫辐射不育等领域，成为改造、革新传统农业和促进农业现代化的重要科学技术。以食品辐射加工为例，用电子束直接或间接破坏微生物的核糖核酸、蛋白质和酶的辐射消毒灭菌技术，具有无污染、无化学残留物、灭菌最彻底等优点，可用于杀灭食品中的微生物，防止食源性传染病流行；还可用于降低果蔬的代谢速度，延长货架期，在保障食品安全方面发挥重要作用。而植物辐射诱变育种技术作为常规育种手段的重要补充，可以有效缓解农林业存在的种植品种单一、物质资源匮乏的问题。

医学领域

在医学领域，核技术与现代医学技术相结合，可以预防、诊断和治疗疾病。以放射性药物为例，它是一种含示踪核素标记的生物制剂，可应用于核医学示踪分子诊断技术中。与核医学显像设备配合使用，其对肿瘤诊断的发现率可达90%。核药还可用于免疫系统疾病，特别是肿瘤相关疾病的治疗。它利用射线（辐射）对生物体的电力和激发，定向破坏病变组织或改变组织代谢，达到治疗目的。此外，肿瘤放射治疗是核技术在医学领域的重点方向。它是利用各种放射线（如X线、γ线、电子束等）治疗恶性肿瘤的一种局部治疗技术，与手术、化疗并称为目前肿瘤临床治疗的三大核心手段，是核技术在医学中体现最为密集、潜力最大的领域。

公众安全领域

在公众安全领域，X射线、γ射线、中子等探测技术已广泛应用于航空、铁路、海运、公路等客运和货运安全检查中。近年来发展起来的核磁共振、核四级共振等“指纹式”高精度检测技术，也具有广阔应用前景。其中，大型集装箱/车辆检查系统是核技术在公众安全领域最成功的应用，已在北京奥运会、上海市世博会、博鳌亚洲论坛等多项国际重大活动的安保中发挥了不可替代的作用。此外，融合了双能材料识别技术和螺旋CT扫描技术等尖端科技的CT型行李/物品检查系统，可用于探测固体/液体爆炸物/检疫性违禁品等多种类型的违禁品，并实现自动报警，具有更高的检出率和更低的误报率。

环保领域

在环保领域，核分析技术已应用于大气污染物监测，水体和各类环境样品的分析中；利用辐照技术开展大气、废水、污泥的净化处理，能获得比传统处理技术更高效、更低能耗、更准确的处理能力。例如，用电子束辐照技术处理废水。这种技术与传统废水处理技术相比，温室气体排放量少，基本不产生剩余污泥，处理速度快、范围广。又如，利用电子束辐照技术对废气进行脱硫脱硝处理，不产生废水废渣，无二次污染，副产品为硫酸铵和硝酸铵混合物，可生产肥料。

定义