60多年來，研究堆為世界提供了一個(gè)“萬能”工具，用于測試材料和推進(jìn)科研，以及開發(fā)和生產(chǎn)對診斷（有時(shí)是治療疾?。┲陵P(guān)重要的放射性物質(zhì)。研究堆的設(shè)計(jì)種類繁多，應(yīng)用范圍非常廣泛，為幫助世界各國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供了社會經(jīng)濟(jì)效益。

迄今為止，已經(jīng)建造了800多座研究堆。盡管多年來其中許多堆已經(jīng)關(guān)閉并退役，但在53個(gè)國家有224座堆仍在繼續(xù)運(yùn)行。目前，有9座新研究堆在建設(shè)中，在過去10年，已經(jīng)建成了10多座。由于大多數(shù)研究堆都是在20世紀(jì)60和70年代建造的，因此當(dāng)今世界一半可運(yùn)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(chǎn)生中子的小型核反應(yīng)堆，不同于規(guī)模較大的發(fā)電用核動(dòng)力堆。與核動(dòng)力堆相比，研究堆的設(shè)計(jì)較簡單，運(yùn)行溫度較低，所需燃料很少，因此產(chǎn)生的廢物也少得多。鑒于它們在研究和開發(fā)中的重要作用，許多研究堆都建在大學(xué)校園和研究院所。

研究堆的功率以兆瓦（MW）計(jì)，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(dòng)力堆機(jī)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(shù)研究堆的輸出功率低于1兆瓦。

如何利用研究堆？

研究堆產(chǎn)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(xué)研究很有用。它們被用來生產(chǎn)醫(yī)療用放射性同位素，也用于輻照研發(fā)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(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、法證學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)和地質(zhì)年代學(xué)等領(lǐng)域。

與動(dòng)力堆不同，研究堆還非常適合于教育和培訓(xùn)。這是因?yàn)樗鼈儾荒敲磸?fù)雜，其系統(tǒng)和總體設(shè)計(jì)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(yīng)堆工況。研究堆可用來培訓(xùn)反應(yīng)堆操作員、核設(shè)施維護(hù)和運(yùn)行人員、輻射防護(hù)人員、監(jiān)管人員、學(xué)生和研究人員。

研究堆的一些特殊用途

1932年物理學(xué)家詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)中子后，人們開始了對中子的研究。到20世紀(jì)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(yīng)用中子散射技術(shù)之后。如今，研究堆產(chǎn)生的中子被用于各種用途。下面介紹它們的一些應(yīng)用。

中子散射是一種分析技術(shù)，用于了解固體和凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和行為。當(dāng)中子與物質(zhì)中的原子相互作用時(shí)，它們的能量和其他性質(zhì)可能會改變。這些變化可以用來研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。中子的性質(zhì)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(fù)、研究大腦中的蛋白質(zhì)、改進(jìn)電池和研制磁體等都很有用。

在進(jìn)行材料分析時(shí)，往往將中子和X射線結(jié)合使用，因?yàn)樗鼈兛商峁┗パa(bǔ)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(shù)結(jié)合起來，可以獲得對樣品或物質(zhì)中所有成分的更高靈敏度。

利用中子進(jìn)行材料研究和材料開發(fā)有助于科學(xué)理解和發(fā)展各種領(lǐng)域的技術(shù)，從電子學(xué)到醫(yī)學(xué)，以及極端條件下的建筑材料，如太空和核電站中的工作設(shè)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(chǎn)對象，如繪畫和紀(jì)念碑?；谥凶拥募夹g(shù)可以區(qū)分藝術(shù)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?yàn)樗鼈冊试S研究人員在不損壞物體的情況下對其進(jìn)行研究。

中子輻照還可以用來創(chuàng)造具有有用性質(zhì)的新材料。例如，用中子輻照硅改變其電導(dǎo)率，以用于高功率應(yīng)用半導(dǎo)體。

研究堆也用于放射性同位素生產(chǎn)。放射性同位素是不穩(wěn)定的元素，通過經(jīng)歷放射性衰變而恢復(fù)穩(wěn)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(yī)療或工業(yè)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(yī)療上應(yīng)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(chǎn)的，用于診斷成像。

支持研究堆的利用

原子能機(jī)構(gòu)在促進(jìn)全世界研究堆利用方面已有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)。它在研究堆項(xiàng)目的所有階段向各國提供援助，從規(guī)劃、建造、調(diào)試和運(yùn)行到使用結(jié)束后退役和拆除。原子能機(jī)構(gòu)還支持各國優(yōu)化其研究堆的高效和可持續(xù)利用，并幫助沒有研究堆的國家獲得利用這些反應(yīng)堆的機(jī)會，以便它們也能受益于這些強(qiáng)有力的工具。這種支持的形式包括提供培訓(xùn)、舉辦講習(xí)班、分享專門知識和最佳實(shí)踐、開展同行評審服務(wù)，以及出版導(dǎo)則文件和標(biāo)準(zhǔn)、提供遠(yuǎn)程教育和網(wǎng)上學(xué)習(xí)課程等。原子能機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)換為低濃鈾燃料。