探索研究堆及其用途

60多年來，研究堆為世界提供了一個“萬能”工具，用于測試材料和推進科研，以及開發和生產對診斷（有時是治療疾病）至關重要的放射性物質。研究堆的設計種類繁多，應用范圍非常廣泛，為幫助世界各國實現可持續發展目標提供了社會經濟效益。

迄今為止，已經建造了800多座研究堆。盡管多年來其中許多堆已經關閉并退役，但在53個國家有224座堆仍在繼續運行。目前，有9座新研究堆在建設中，在過去10年，已經建成了10多座。由于大多數研究堆都是在20世紀60和70年代建造的，因此當今世界一半可運行的研究堆已超過40多年，70%左右超過30年。

什么是研究堆？

研究堆是主要用來產生中子的小型核反應堆，不同于規模較大的發電用核動力堆。與核動力堆相比，研究堆的設計較簡單，運行溫度較低，所需燃料很少，因此產生的廢物也少得多。鑒于它們在研究和開發中的重要作用，許多研究堆都建在大學校園和研究院所。

研究堆的功率以兆瓦（MW）計，1兆瓦等于100萬瓦特，瓦特為功率單位。研究堆的輸出功率從0兆瓦（例如臨界裝置的輸出功率）到200兆瓦不等，這與大型核動力堆機組的3000兆瓦（也表示為電功率1000兆瓦）對比相形見絀。然而，大多數研究堆的輸出功率低于1兆瓦。

如何利用研究堆？

研究堆產生的中子是一種幾乎所有原子中都含有的亞原子粒子，對原子和微觀層面的科學研究很有用。它們被用來生產醫療用放射性同位素，也用于輻照研發裂變堆和聚變堆所用的材料，還有其他多種用途。這些粒子主要用于工業、醫學、農業、法證學、生物學、化學和地質年代學等領域。

與動力堆不同，研究堆還非常適合于教育和培訓。這是因為它們不那么復雜，其系統和總體設計簡單，讓人易于接近，從而使得其能夠安全地模擬不同的反應堆工況。研究堆可用來培訓反應堆操作員、核設施維護和運行人員、輻射防護人員、監管人員、學生和研究人員。

研究堆的一些特殊用途

1932年物理學家詹姆斯·查德威克發現中子后，人們開始了對中子的研究。到20世紀50年代中期，中子在研究中的用途越來越廣泛，特別是研究人員開始應用中子散射技術之后。如今，研究堆產生的中子被用于各種用途。下面介紹它們的一些應用。

中子散射是一種分析技術，用于了解固體和凝聚態物質的結構和行為。當中子與物質中的原子相互作用時，它們的能量和其他性質可能會改變。這些變化可以用來研究物質的結構和動力學。中子的性質也使它們特別有助于研究氫、大的和小的物體，以及其他形形色色的材料，包括磁性材料。這對于了解骨骼如何自我修復、研究大腦中的蛋白質、改進電池和研制磁體等都很有用。

在進行材料分析時，往往將中子和X射線結合使用，因為它們可提供互補的信息。中子對較輕的元素（特別是對水中的氫和生物材料）敏感，而X射線對較重的元素（如鋼中的鐵）更敏感。將中子和X射線技術結合起來，可以獲得對樣品或物質中所有成分的更高靈敏度。

利用中子進行材料研究和材料開發有助于科學理解和發展各種領域的技術，從電子學到醫學，以及極端條件下的建筑材料，如太空和核電站中的工作設備。

研究堆提供的中子還可以用來幫助研究人員表征文化遺產對象，如繪畫和紀念碑。基于中子的技術可以區分藝術品中使用的不同類型的材料（如顏料），以及人工制品（如巖石）的元素組成和紋理。這些方法被稱為“無損檢測”，因為它們允許研究人員在不損壞物體的情況下對其進行研究。

中子輻照還可以用來創造具有有用性質的新材料。例如，用中子輻照硅改變其電導率，以用于高功率應用半導體。

研究堆也用于放射性同位素生產。放射性同位素是不穩定的元素，通過經歷放射性衰變而恢復穩定。放射性同位素在衰變過程中釋放出各種輻射，這些輻射可用于醫療或工業用途。

放射性同位素最常見的用途之一是診斷和治療癌癥和心血管疾病等健康問題。醫療上應用最廣泛的放射性同位素是锝-99m，它是用放射性同位素鉬-99生產的，用于診斷成像。

支持研究堆的利用

原子能機構在促進全世界研究堆利用方面已有數十年的經驗。它在研究堆項目的所有階段向各國提供援助，從規劃、建造、調試和運行到使用結束后退役和拆除。原子能機構還支持各國優化其研究堆的高效和可持續利用，并幫助沒有研究堆的國家獲得利用這些反應堆的機會，以便它們也能受益于這些強有力的工具。這種支持的形式包括提供培訓、舉辦講習班、分享專門知識和最佳實踐、開展同行評審服務，以及出版導則文件和標準、提供遠程教育和網上學習課程等。原子能機構還支持各國解決研究堆的安全和安保問題，包括將研究堆使用的高濃鈾燃料安全可靠地轉換為低濃鈾燃料。