孫福洲

摘 要：文章主要對(duì)全球中子源相關(guān)的專利申請(qǐng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，分別將申請(qǐng)量年份趨勢(shì)、申請(qǐng)人等進(jìn)行了專門的統(tǒng)計(jì)和分析，從多個(gè)角度將中子源的相關(guān)專利申請(qǐng)作了分析，繪制了一個(gè)清晰明了的發(fā)展分布圖。

關(guān)鍵詞：中子源；核技術(shù)；能源

中圖分類號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0022-03

Abstract： This paper mainly makes statistics and analysis on the patent applications related to the neutron source in the world， and makes a special statistic and analysis on the year trend of the application amount， the applicant and so on， and analyzes the related patent application of the neutron source from many angles. A clear map of development distribution has been drawn.

Keywords： neutron source； nuclear technology； energy

1 概述

自從1932年B.查德威克用α粒子轟擊實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中子以來[1]，在研究者們的努力下中子物理的研究進(jìn)展很快，并且已經(jīng)能夠廣泛的應(yīng)用于其他科學(xué)和技術(shù)部門。而不同的中子則其應(yīng)用也不一樣，中子一般按能量分組，其能量En≥20MeV的中子稱為相對(duì)論中子，100KeV≤En≤20MeV的中子稱為快中子，En<100keV的中子稱為慢中子，En<0.5eV的中子為超熱中子，En=0.025的中子為熱中子，以及能量更小的冷中子，同微粒特性一樣，其能量越高，穿透能量越強(qiáng)。

2 中子源的工作原理和分類

中子源根據(jù)其應(yīng)用和原理，主要可分為以下幾種：（1）反應(yīng)堆裂變型中子源，其中以235U為典型代表[2]，原理為235U吸收一個(gè)中子裂變生成2-3個(gè)中子，其中子注量率大，能譜較復(fù)雜，裝置也較大，常用于反應(yīng)堆；（2）加速器中子源，主要分為質(zhì)子加速器中子源和氘氚中子源，主要原理是利用加速的粒子打擊在相應(yīng)的靶上從而發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子，其中質(zhì)子加速器中子源也叫散裂中子源[3][4]，原理為將質(zhì)子加速至高能量，例如1GeV左右，轟擊重元素靶，例如Pb、W等，發(fā)生散裂反應(yīng)產(chǎn)生中子，其中子產(chǎn)量較大，常用于ADS（加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)）系統(tǒng)來嬗變長壽命核素，而氘氚D-D中子源（或者D-T等中子源）[5]主要原理為利用較低能量的氘束在電場(chǎng)加速下打靶從而聚變產(chǎn)生中子，其體積小，中子量可調(diào)，廣泛用于探測(cè)等領(lǐng)域；（3）同位素中子源，其原理是利用同位素的衰變釋放α或γ等射線，有的同位素在自發(fā)衰變的同時(shí)可以釋放出中子，例如252Cf[6]，大部分的同位素中子源為同位素衰變釋放的射線與相應(yīng)的靶產(chǎn)生反應(yīng)從而產(chǎn)生中子，例如常見的Am-Be中子源[7]，其制備方便，裝置占地較小，發(fā)出的中子基本上是各項(xiàng)同性的，可作為標(biāo)準(zhǔn)源使用，但是其受限于自身結(jié)構(gòu)，這種中子源通常是用兩種粉末混合燒結(jié)而成，即對(duì)于制定的同位素中子源其中子通量基本固定不可調(diào)（通常都偏?。?，并且其不可控（即不能中斷中子產(chǎn)生的反應(yīng)），只能屏蔽，源壽命也有限。

3 中子源發(fā)展的整體專利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 專利申請(qǐng)的年度變化趨勢(shì)

中子源的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在1938年，屬于離子加速型中子源，技術(shù)方案為：將離子（例如重氫）加速打靶（例如重氫、鋰或者類似材料），從而產(chǎn)生中子（GB1948338A，并存在US、NL和FR的同族）。

為了進(jìn)一步了解中子源的發(fā)展，如圖1所示，現(xiàn)統(tǒng)計(jì)了全球中自1938年開始出現(xiàn)至2015年的所有中子源的專利申請(qǐng)，圖中橫坐標(biāo)表示年份區(qū)間，例如1950即是指1938-1950，1960即是指1951-1960，以此類推，從圖中可以明顯看出國內(nèi)的中子源技術(shù)起步較晚，1990年前僅有1篇（CN87100673A，在中國局的申請(qǐng)日為1987年，優(yōu)先權(quán)為1986年），并且并不是國內(nèi)自己的申請(qǐng)，是德國專利申請(qǐng)的同族，這個(gè)原因主要和中國的專利制度（成立較晚）以及國內(nèi)的技術(shù)發(fā)展有關(guān)。同時(shí)，從圖中可以看出，自1960年后出現(xiàn)了迅速的發(fā)展，并且其申請(qǐng)量于2000年后再次發(fā)生了進(jìn)一步的提高，而2011-2015年的數(shù)據(jù)就已經(jīng)基本靠近前10年的申請(qǐng)量，而其時(shí)間僅有5年為前面10年的一半（并且考慮到數(shù)據(jù)庫的收錄以及可能存在的18個(gè)月的公開限制，2014-2015年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并不完整），所以更加可以看出近幾年的中子源的迅速發(fā)展。

3.2 領(lǐng)域內(nèi)的主要申請(qǐng)國家分布

作為一項(xiàng)重要的前沿技術(shù)，中子源的技術(shù)涉及較多的重要應(yīng)用領(lǐng)域，例如核電能源、檢測(cè)、醫(yī)療等，包囊了民用、軍事領(lǐng)域，所以全球中具有一定實(shí)力的國家都會(huì)對(duì)其花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行研究。同大多數(shù)領(lǐng)域一樣，像美國、日本等這些經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國在中子源領(lǐng)域占了很大的比例，具體如圖2所示，圖2（a）（b）分別是1938-2015以及1997-2013這兩個(gè)時(shí)間內(nèi)的全球?qū)＠植冀y(tǒng)計(jì)（其中采用了國別申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)方式，即存在同族的一片文件會(huì)被統(tǒng)計(jì)多次，所以結(jié)果各國相加的總量會(huì)多于上一節(jié)的總量，但是這并不影響全球各國的專利申請(qǐng)分布統(tǒng)計(jì)），并且在圖2中，僅列出了比例占有達(dá)到2%的國家，其余的總和統(tǒng)計(jì)為其它。

從圖2（a）中可以看出，在整個(gè)中子源的發(fā)展史中美國（US）的專利申請(qǐng)明顯領(lǐng)先各國，達(dá)到了21%、381件，緊接著便是日本（JP）的專利申請(qǐng)量，為17%、292件，其余幾大國德國（DE）、俄羅斯（RU SU）、中國（CN）、法國（FR）、英國（GB）幾乎相當(dāng)，再次一階梯的為加拿大（CA）、澳大利亞（AU）、荷蘭（NL）、韓國（KR），剩下的為其余國家的總和，為9%、150件。上述數(shù)據(jù)表明美國和日本在這方面的專利申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其它各國，而中國擠進(jìn)了第二階梯，雖然此統(tǒng)計(jì)結(jié)果中的專利申請(qǐng)不完全是某國自己的申請(qǐng)（例如同族），但是可以肯定的是反映了這個(gè)國家在這方面的市場(chǎng)、潛力以及自己的重視程度。圖2（b）是今年1997-2013內(nèi)的全球中子源專利申請(qǐng)分布，對(duì)比于圖2（a）我們可以看出其中存在較大的差別，首先，圖中明顯可以看出日本在今年內(nèi)的專利申請(qǐng)量已經(jīng)反超了美國，美國、德國、俄羅斯、英國、法國、韓國大體與整個(gè)發(fā)展史中的趨勢(shì)相同，而相比于整體趨勢(shì)明顯下降的主要有中國和加拿大，例如中國呈現(xiàn)此狀的原因主要是中國在今年內(nèi)的發(fā)展基本穩(wěn)定、具體數(shù)量也較少，而其它國家呈上升趨勢(shì)或者具體數(shù)量較多，因此出現(xiàn)了不進(jìn)就是退的局面。

3.3 領(lǐng)域內(nèi)的主要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)

圖3示出了中子源領(lǐng)域內(nèi)主要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量分布情況，其中日本日立公司的申請(qǐng)量最大，達(dá)到39件，荷蘭飛利浦公司幾乎與其相同，第21位是中國工程物理研究院（中國申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)較少，并且從公司到研究所、學(xué)校等等均由分布），從圖中可以明顯看出主要申請(qǐng)人都是美國（斯倫貝謝、美孚等）、日本（日立、東芝、三菱等）等國家的公司，這個(gè)結(jié)論也與前述的全球?qū)＠植枷嘁恢拢⑶移渲杏泻脦准夜臼桥c石油相關(guān)的，例如美孚、哈里伯頓，而石油測(cè)井主要應(yīng)用的是離子加速型聚變中子源（早期也有同位素中子源測(cè)井），所以我們可以推測(cè)到離子加速聚變中子源在整個(gè)領(lǐng)域中的重要性。

4 結(jié)束語

本文主要對(duì)中子源的專利申請(qǐng)量分布進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)和分析，經(jīng)過全球分布和申請(qǐng)人分布的統(tǒng)計(jì)得出，日本和美國的專利申請(qǐng)量最大，同樣申請(qǐng)人也是日本的日立公司基本具有最多的專利申請(qǐng)量，中國的專利申請(qǐng)量位于中游，但是中國申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量明顯處于下游，表明了國外技術(shù)對(duì)中國市場(chǎng)的占有較大，中國在中子源方面的研究較少。此分布脈絡(luò)可以有助于相關(guān)研究者們充分了解領(lǐng)域的發(fā)展，有效的對(duì)其研究資源進(jìn)行分配，減少重復(fù)研究和資源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蕭如珀，楊信男.1932年5月：查德威克描述中子的發(fā)現(xiàn)[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2010，22（3）：66-67.

[2]王連壁，王秀芝.252Cf自發(fā)裂變中子誘發(fā)235U裂變時(shí)幾個(gè)核素裂變產(chǎn)額的絕對(duì)測(cè)定[J].核化學(xué)與放射化學(xué)，1982，4（1）：44-44.

[3]申慶彪，田野，趙志祥.中能質(zhì)子散裂中子源核子發(fā)射與能量沉積的計(jì)算[J].中國核科技報(bào)告，1996（S1）：3-5.

[4]沙因.脈沖散裂中子源[J].物理，1983，12（2）.

[5]曾文炳，趙彥森，肖宗禮，等.氘氚中子源源強(qiáng)測(cè)量[J].核技術(shù)，1980（1）：22-29.

[6]張鋒，張高龍，賈文寶.利用252Cf源對(duì)鎳精礦進(jìn)行種子活化分析[J].同位素，2005，18（3）：129-129.

[7]汪幼梅.241Am-Be中子源生產(chǎn)及其應(yīng)用[J].同位素，1990（1）：65-65.