朱志斌 張立鋒/文

在這次新冠肺炎疫情防控期間，為保證防疫物資及時供給，國務(wù)院應(yīng)對新型冠狀病毒感染的肺炎疫情聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制醫(yī)療物資保障組印發(fā)了《關(guān)于疫情期間執(zhí)行醫(yī)用一次性防護(hù)服輻照滅菌應(yīng)急規(guī)范（臨時）的通知》(以下簡稱《應(yīng)急規(guī)范》)。目前，我國國標(biāo)醫(yī)用防護(hù)服大多采用環(huán)氧乙烷滅菌，需要7～14 天時間，根據(jù)《應(yīng)急規(guī)范》采用輻照滅菌技術(shù)，則將這個時間縮短到1 天以內(nèi)。與傳統(tǒng)滅菌技術(shù)相比，基于高能電子輻照加速器的輻照滅菌技術(shù)充分體現(xiàn)了其快速的優(yōu)勢，為防疫物資的及時供應(yīng)提供了保障。

隨著《應(yīng)急規(guī)范》的出臺，一次性防護(hù)服短缺的問題已在生產(chǎn)廠家和輻射滅菌企業(yè)的共同努力下得到緩解。2 月12 日，北京原子高科金輝輻射技術(shù)應(yīng)用有限責(zé)任公司迎來一批需要輻照的醫(yī)用防護(hù)服、口罩等防疫物資。該公司所使用的輻照設(shè)備，是由原子能院于2007 年研制成功的我國第一臺高能大功率電子輻照加速器。這臺加速器已穩(wěn)定運行近13 年，為我國輻照加工行業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。該加速器累計穩(wěn)定運行超過40000 小時，輻照后的產(chǎn)品性能優(yōu)良，經(jīng)實驗室檢測和客戶復(fù)檢，合格率達(dá)100%。面對此次突如其來的新冠肺炎疫情，原子能院積極參與抗疫工作，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，確保研制的10MeV/20kW 高能電子輻照加速器穩(wěn)定運行，持續(xù)為疫情防控醫(yī)用防護(hù)服、口罩等防疫物資提供輻照消毒滅菌服務(wù)。

10MeV/20kW 高能電子輻照加速器

什么是高能電子輻照加速器？

加速器是核領(lǐng)域最重要設(shè)備之一，反映了一個國家核科學(xué)和核技術(shù)應(yīng)用的水平，并被廣泛應(yīng)用于科技、國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、材料科學(xué)等領(lǐng)域，是核技術(shù)應(yīng)用研究及產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵設(shè)備。

何謂高能電子輻照加速器呢？要想了解清楚高能電子輻照加速器，首先需要了解什么是電子加速器？電子加速器是一種使用人工方法使電子在真空中受磁力場控制、電場力加速，從而達(dá)到高能量的電磁裝置。

電子輻照加速器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生用品消毒滅菌、食品保鮮、材料改性等方面。按照電子的能量劃分，電子輻照加速器又可劃分為低能電子輻照加速器、中能電子輻照加速器和高能電子輻照加速器。

不同能量的電子束有其不同的應(yīng)用領(lǐng)域，而在此次疫情防控期間，我們研制的高能電子輻照加速器便彰顯了其技術(shù)優(yōu)勢。目前運行的高能電子輻照加速器，大多是采用微波功率射頻加速的電子直線型加速器。該類型的加速器技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，為快速處理此次疫情防控物資緊缺問題做出了巨大貢獻(xiàn)。

在國防科工局和中核集團(tuán)的大力支持下，中國原子能科學(xué)研究院項目科研團(tuán)隊經(jīng)過8 年的科技攻關(guān)與自主創(chuàng)新，突破高能電子輻照加速器大功率束流穩(wěn)定加速、大功率寬脈沖高壓調(diào)制電源、大功率束流耦合加載及熱效應(yīng)穩(wěn)定性控制、強(qiáng)流長壽命電子槍等重大技術(shù)難題，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的10MeV/20kW 高能電子輻照加速器裝置，大幅提升了重大輻照裝備的國產(chǎn)化制造能力與水平，實現(xiàn)了我國高能大功率輻照加速器從技術(shù)落后依賴進(jìn)口，到替代進(jìn)口領(lǐng)先國外的跨越，與國內(nèi)外產(chǎn)品相比市場競爭率高，國內(nèi)市場占有率第一，顯著提升輻照加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

10MeV/20kW 高能電子輻照加速器裝置主要由電子槍、加速管、高壓脈沖調(diào)制器、微波功率源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，它涉及束流加速與測控技術(shù)、高壓技術(shù)、微波技術(shù)、控制技術(shù)等多個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，是綜合技術(shù)極高的輻照裝置。其基本工作原理為：電子槍產(chǎn)生的電子通過線性的加速結(jié)構(gòu)構(gòu)成的加速管時，在傳輸?shù)倪^程中，由加速管前部的耦合器輸入脈沖微波功率，電微波的高頻電磁場使電子束加速結(jié)構(gòu)不斷獲得微波能量而聚焦加速，最后加速的高能、高功率的電子束從加速器出口輸出，進(jìn)入掃描或偏轉(zhuǎn)/掃描空間，利用磁場力將成束的電子掃開成一定的寬度，從薄的金屬膜構(gòu)成的輸出窗引出，對運動的被照物件進(jìn)行輻照。

該加速器裝置具有輻照束流集中定向、束流利用充分、效率高、不產(chǎn)生放射性廢物等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生用品消毒滅菌、食品保鮮、材料改性等工業(yè)領(lǐng)域。

電子輻照加速器應(yīng)用情況如何？

由電子加速器產(chǎn)生的高能電子束照射，可使一些物質(zhì)產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)，作用于微生物細(xì)菌或病原體，達(dá)到一定的劑量就全部將它們殺死，達(dá)到消毒滅菌的目的。高能電子輻照加速器具有常溫、無損傷、無殘毒、環(huán)保、能耗低、運行操作簡便、自動化程度高、適應(yīng)于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點。電子輻照技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的材料改性、新材料制作、環(huán)境保護(hù)、加工生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生用品滅菌和食品保鮮等。

電子束滅菌應(yīng)用領(lǐng)域有很多：降解水產(chǎn)品、蜂制品中殘留氯霉素；農(nóng)副產(chǎn)品、食品、海產(chǎn)品、水產(chǎn)品的保鮮；寵物飼料的殺菌；各種玩具的殺菌；化妝品原料中的有害菌和化妝品在生產(chǎn)中因污染產(chǎn)生的細(xì)菌的殺滅；醫(yī)療衛(wèi)生用品的消毒滅菌，其中主要包含衛(wèi)生材料（以棉織物、無紡布為材料制作的醫(yī)用敷料、手術(shù)巾、手術(shù)衣、急救包和棉球等十幾種衛(wèi)生材料）；醫(yī)用乳膠手套；一次性使用醫(yī)療器械；藥品包裝材料；新的醫(yī)療保健產(chǎn)品及藥械組合產(chǎn)品；抗癌疫苗和組織庫的輻照等。

目前，國內(nèi)高能電子輻照加速器總量在80 臺左右，其中原子能院已經(jīng)簽署20 臺高能電子輻照加速器銷售合同，市場占有率近25%。原子能院已有12 臺高能電子輻照加速器分別裝備在北京、山東、浙江、哈爾濱、河南、吉林、廣東、寧夏和江西9 大省市區(qū)，分別應(yīng)用于醫(yī)療器械輻照消毒、醫(yī)療保健產(chǎn)品滅菌、醫(yī)用水凝膠生產(chǎn)、寵物食品輻照滅菌、寵物玩具輻照滅菌、枸杞輻照滅菌、調(diào)味料輻照滅菌和科研領(lǐng)域等。

此次疫情防控期間，由原子能院研制的首臺坐落在北京燕房園工業(yè)園區(qū)的10MeV/20kW 高能電子直線輻照加速器已經(jīng)免費輻照了醫(yī)用防護(hù)服409880 件，醫(yī)用隔離衣4000 件，防護(hù)口罩（非醫(yī)用）70 萬個，醫(yī)用鞋套14500 個，醫(yī)用護(hù)士帽1600 個。

2015 年12 月，該類型輻照加速器在河南漯河投入使用。在此次疫情防控中，該設(shè)備也已經(jīng)免費輻照了一次性醫(yī)用口罩360 萬件套，中藥材、中成藥等160 噸，為疫情防控做出了貢獻(xiàn)。

2013年6月該類型輻照加速器在山東投入使用后，穩(wěn)定運行35000 小時，累計處理寵物食品超40000 噸，創(chuàng)產(chǎn)值20 億元人民幣，其中創(chuàng)匯3 億元。該裝置的投入使用創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益和重大的社會效益，促進(jìn)了加速器輻照加工產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)發(fā)展。

利用高能電子輻照加速器處理防疫物資

2019 年12 月16 日，中國原子能科學(xué)研究院決策通過了“10MeV/20kW 高能大功率電子輻照加速器裝置”科技成果轉(zhuǎn)化事項。這項舉措，體現(xiàn)了原子能院改革創(chuàng)新的決心，解放科技人員，充分發(fā)揮科研院所的綜合優(yōu)勢和核技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新源頭的作用，以科技推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)技術(shù)突破，完成歷史使命。

未來，原子能院將攻克難關(guān)，提高加速器功率，使國產(chǎn)加速器邁入百千瓦的行列，極大地提高加速器的效率，提升技術(shù)支持與保障能力，助力我國的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)保障事業(yè)。