1、國家重點新產品項目產業化狀況及前景分析項目名稱：預衍射 X射線熒光分析儀3概述 1申報項目的技術路線和產業化路線1.1產品試制的技術路線 31.2產品的產業化路線 52技術水平2.1產品的功能特點及主要技術性能指標2.2產品的創新性2.3先進性2.4產品知識產權狀況5 5 67 83市場需求和風險8333.1產品應用領域、市場需求 83.2企業現有條件、產品競爭力 83.3風險分析 104經濟和社會效益分析 114.1經濟效益分析 114.2社會效益分析 11結論121概述X熒光分析技術是一種常見的放射性檢測方法，它憑借極高的靈敏度、準確度，以及能 夠進行無損分析、多元素同時分析的能力等優點，

2、已被廣泛用于冶金、地質、礦物、石油、 化工、醫療、刑偵、考古等領域。特別是近幾年來，在環境輻射評價、材料科學等新興學科 中的應用，得到了快速地發展。為了應對化石燃料的短缺和保證能源安全，核電因其清潔性和高能量密度而受到青睞， 進入了一個積極發展期，由此也帶來了對核電站卸下的乏燃料進行有效管理的問題。乏燃料 含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th,未燒完的和新生成的易裂變材料239Pu、235U或233U 以及核燃料在輻照過程中產生的镎、镅、鋦等超鈾元素，另外還有裂變元素90Sr、137Cs、99Tc等。目前，對于乏燃料的管理，國際上主要有兩種戰略考慮：其一是后處理戰略。即對乏燃料中所含

3、的96%勺有用核燃料進行分離并回收利用，裂變產物和次錒系元素固化后進行深地質層處置或進行分離嬗變，這是一種閉路核燃料循環。其 特點是鈾資源利用率提高，減少了高放廢物處置量并降低其毒性。其二是一次通過戰略。即乏燃料經過冷卻、包裝后作為廢物送入深地質層處置或長期貯 存。該戰略特點是費用可能較低，概念簡單；但缺點是廢物放射性及毒性高，延續時間長達 幾百萬年。乏燃料后處理是我國早已確定的技術路線。1983年，國務院科技領導小組召開全國專家 論證會，經過對我國核電發展計劃、國內外鈾資源情況、國內后處理工藝技術發展水平、后 處理的安全性、經濟性等諸多方面的充分論證，確定了“發展核電必須相應發展后處理”的

4、戰略，并在1987年日內瓦國際會議上對外公布了這一決定。乏燃料后處理技術，是高放射性條件下的高技術，其意義是世界上核電站的核燃料處理 與保存本身就是一個十份困難的事情，有了這一技術，不僅能充分利用核燃料的功能，提高 核燃料利用能力，為人類造福，更重要的是為減小了體積，降低了放射性，為保存核廢物創 造了條件，對環境也是一個大貢獻。2010年12月21日，中國第一座動力堆乏燃料后處理中間試驗工廠一一中核四四中試 工程熱調試取得成功。熱調試的成功，實現了核燃料閉式循環的目標，有力地推動了核燃料 產業及核電的快速發展，為中國先進后處理工程技術的開發提供了重要的研究實驗平臺，標 志著中國已掌握了動力堆乏

5、燃料后處理技術。U Np Pu的濃度，但后處在乏燃料分離、回收、提純、處理等各過程中，都需要檢測理過程中，對應的檢測對象是有毒有害的放射性液體樣品，如何在保證安全、避免污染的條 件下實現高靈敏度高精度的檢測分析是一個關鍵的問題。目前可用于分析檢測的方法有ICP、MS XRF化學分析等等，其中ICP、MS分析需要把分析對象離子化，對于有毒有害的放射性 元素來說，難以避免污染；化學分析手段需要分析員進行化學處理等，需要長時間接觸這些 有毒有害的放射性元素，不利于人員的安全，也容易造成污染；直接用XRF方法，具有很高很強的散射背景，如果采用濾片，射線損失又很大，都會降低元素分析靈敏度，不能滿足后 處

6、理過程中U Np Pu的濃度檢測的需求。國外在乏燃料后處理的 U、Np Pu元素分析，主 要采用預衍射XRF分析技術，但對外處于技術保密和封鎖狀態，該類設備屬于禁買賣設備。 我公司基于公司原有的XRF設備研制技術及數字化多道譜儀技術，對射線的預衍射技術進行 了研究，研制了預衍射器，實現了降低溶液樣品的高散射特性引起的高本底影響，減小強放 射性造成的探測漏計，又盡可能少的減少有用射線的強度，從而達到了U Np Pu的非接觸式高靈敏度高精度分析，全密封測量，所需樣品量小，無排放，避免有毒有害物質的泄露污 染。該產品不僅可以用于乏燃料后處理過程中的放射性核素U Np Pu濃度的檢測，還適用于分析液體

7、樣品中的中高原子序數的有毒有害元素，如：Pb、As等，可以作為生產過程中的這些有毒有害元素濃度的檢測設備，也作為專門的環境監測設備，從而可以擴大應用領域， 具有廣泛的應用前景和產業化前景。該產品以預衍射器為技術基礎，數字化多道譜儀為技術核心，完成了X光管激發一晶體預衍射一能量色散X射線熒光分析系統。產品非接觸式分析放射性液體樣品中的U Np Pu或其它中高原子序數的有毒有害元素，可分析原子序數29-95范圍的元素；分析含量范圍1mg/L-2g/L ;采用200W水冷X光管；自動定性定量分析；全密封測量避免有毒有害物質的泄 露污染；物理檢測無排放。本產品作為乏燃料的分析檢測設備，打破了國外技術封

8、鎖，對乏燃料分離、回收、提純 處理、貯存等各過程的技術進步具有促進和帶動作用，促進核工業的發展；還可作為液體樣 品中有毒有害元素的檢測設備，對環境保護具有明顯貢獻，擴展應用領域，促進了產品結構 與產業結構優化升級。該產品所有的研發成果均為企業自主發明，知識產權歸企業所有。擁有自主知識產權，創新性強，技術含量高，有望形成國內自主品牌的新產品。1申報項目的技術路線和產業化路線1.1產品試制的技術路線1）技術原理典型的X射線熒光（XRF儀由激發源（X射線管）和探測系統構成。X射線管產生入射 X射線（一次X射線），激發被測樣品。受激發的樣品中的每一種元素會放射出二次 X射線， 并且不同的元素所放射出的

9、二次 X射線具有特定的能量特性或波長特性，X射線照在物質上 而產生的次級X射線被稱為X射線熒光。由于不同元素發出的特征 X射線能量和波長各不相同，因此通過對 X射線的能量或者波 長的測量即可知道它是何種元素發出的，進行元素的定性分析。同時樣品受激發后發射某一 元素的特征X射線強度跟這元素在樣品中的含量有關，因此測出它的強度就能進行元素的定 量分析。探測系統測量這些放射出來的二次 X射線的能量或波長及數量，儀器軟件將探測系 統探測到的譜線進行分析處理，從而得到樣品中元素的種類及含量。光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物或者小孔（窄縫），繞過障礙物，產生偏離 直線傳播的現象稱為光的衍射。利用衍

10、射手段，可以降低非分析能量段的 X射線強度，減小 散射背景，保留有用信息。2）技術路線在充分調研的基礎上，基于公司的 X射線熒光儀產品技術，同時對衍射器和探測結構及 數字化譜儀兩個方面進行研究。衍射器和探測結構主要根據需要測量射線的能量范圍，對材 料和結構進行選擇和實驗；數字化能譜技術采用“理論算法一模擬仿真一算法實現”的整體 研究方案，利用已有研究基礎，積極開展信息獲取、數字成形和譜線處理等測試實驗。根據 各階段實驗情況，及時調整完善研究內容，直至全面完成研究任務。3）核心技術該產品以預衍射器為技術基礎，數字化多道譜儀為技術核心，主要由 X光管激發源、液 體樣品、準直器、晶體衍射器、探測器和

11、數字化多道譜儀組成，如圖1所示。其中，X光管采用200W勺水冷X光管，探測器采用目前世界上最先進的 FAST-SDD探測器來實現X射線的 探測，以石墨晶體為主完成衍射器的設計，通過激發、樣品、探測三者間的幾何結構設計及 衍射器，實現散射本底的降低，提高檢出限。圖1產品組成框圖自主研制的數字化多道譜儀采用高速 ADC數字化，建立脈沖成形和脈沖分離算法，主要包括梯形成形、卡爾曼濾波、數字基線恢復、數字極零相消等，利用FPGA技術實現數字核信號處理，從而實現高速高分辨率的譜數據獲取，其原理框圖如圖2所示，主要算法如下。圖2數字化多道板原理框圖 數字S-K濾波經典的濾波技術采用的是基于模擬技術的 S-

12、K濾波方法，但是由于模擬電路本身存在的 很多缺點，而無法得以廣泛應用。項目研究采用數字方法實現S-K濾波方法，替換經典的模擬技術S-K濾波方法，有效實現核信號高斯成形和能譜數據的濾波處理。 梯形成形利用高效遞歸算法，實現快速數字脈沖成形，可以實時產生梯形脈沖。利用該技術代替 傳統的模擬脈沖合成技術，經過初步的實驗測試表明，使用這些技術，可以提高數字化譜儀 的分辨率，達到最佳的信噪比。 卡爾曼濾波卡爾曼濾波器是一個最優化自回歸數據處理算法，采用時域上的遞推算法，主要用來預 估那些只能被系統本身間接觀測的系統狀態。通過遞推計算，由新獲得的數據和前一時刻的 估計值，得出新的估計值，最后得到系統狀態的

13、最優估計。在輻射脈沖幅度分析中基線評估 技術是重要的一個環節由于前置放大器輸出的脈沖信號較微弱基線評估的精確性則顯得尤其重要。為了減小基線估計的誤差，我們采用了卡爾曼濾波器來實現脈沖基線估計。1.2產品的產業化路線1）產品生產策略公司利用成都理工大學的技術人才優勢， 進行產學研合作，將他們的成熟先進技術優化、 整合、注入到項目產品中。利用公司對核電子技術、自控技術、計算機軟硬件、機械設計與 制造等專業的整合能力和在核儀器產品開發生成過程中積累的技術和經驗，使生產的核儀器 在外觀、性能指標、可靠性上與國際接軌；公司擁有完備的研發生產場地和完善的生產檢測 設備，擁有一支高素質的生產隊伍，在科學至上

14、，技術創新的公司宗旨下，能快速生產滿足 用戶需求的高質滿意產品；利用成都理工大學核技術專業在地質勘探和能譜分析方面的全國 的影響力，推廣我們公司產品；公司將為我國冶金、礦山、建材、環保、質檢、醫療等部門 提供了先進的測量控制儀器和技術，取得了良好的經濟和社會效益，我們公司和這些相關領 域的相關單位建立了良好的合作關系，通過他們的影響公司能夠開拓潛在的客戶；加強對優 勢產品的生成和銷售，積極推進和科研院校，事業單位的合作，加強對新產品的開發力度。2）產品營銷策略利用網絡工具如通過百度、谷歌、阿里巴巴、核儀器信息網、關鍵字鏈接、企業微博等 渠道宣傳推廣項目產品，提高產品知名度，增加產品的影響力；積

15、極參加核儀器及其應用學 術會、全國應用地球化學年會、核電子學與核探測技術學術年會等相關學術會議，舉行產品 說明會，介紹推廣項目產品；利用雜志核技術、核電子學與探測技術、原子能科學技 術、測試技術與儀器等發布產品信息，郵寄產品樣本及光盤，使產品在全國有一定的認 同度；利用成都理工大學的社會關系優勢積極建立與全國各大中專院校和科研機構和事業單 位的聯系，結合他們相關項目和實驗的需要積極介紹推廣我們的產品；建設公司營銷網絡， 培訓專業營銷隊伍，做好客戶關系管理，用自己的誠信和過硬的技術使客戶成為我們公司的 忠實用戶。2技術水平2.1產品的功能特點及主要技術性能指標1）功能特點產品采用模塊化設計理念，

16、具有高擴展性；采用200W水冷X光管，具有更好的激發效率；引進FAST-SDD探測器，提高探測效率和能量分辨率；采用衍射器，降低散射背景的影響，提高檢出限；采用數字化譜儀技術，具有更高的穩定性和靈活性；樣品非接觸式全密封測量，不需真空、氣化等，避免有毒有害物質的泄露污染，有很 強的安全性能。2）主要性能指標分析測試對象：乏燃料中的 U、Np Pu或液體樣品中其它中高原子序數的元素； 分析元素：乏燃料中的 U Np Pu或其他樣品中的原子序數29-95范圍的元素； 分析范圍：1mg/L-2g/L ；管電壓：0-50KV管電流：11000卩A；分析誤差：優于國家標準要求；工作環境溫度：0-40 C

17、；工作環境相對濕度：w 80% （不結露）測量時間：10-2550S （時間可調）探測器類型：更先進的Superfast SDD探測器；自動定性定量分析；全密封測量避免有毒有害物質的泄露污染；物理檢測無排放。2.2產品的創新性本產品在前期研究的基礎上，對晶體衍射器，激發、樣品、探測三者間的幾何結構進行了研究和設計；采用高能量分辨率的探測技術；建立脈沖成形和脈沖分離算法，利用FPGA技術實現數字核信號處理，自主研制數字化多道譜儀，從而實現了高速高分辨率低背景的譜 數據獲取，提高了分析的靈敏度，降低了檢出限。1）衍射器及探測結構設計在傳統的X衍射測量系統中，單色器通常被用來消除樣品產生的熒光起到降

18、低背景的作 用，但是單色器同時也削弱了衍射射線的強度，影響有效射線的探測精度。所以產品主要對 衍射器所用的材料、結構，以及激發源一一樣品一一衍射器一一探測器的探測結構進行了研 究和設計，實現了散射背景降低的同時，盡可能多的保留有用的射線信息，以提高靈敏度，降低檢出限，該技術在國內屬于首創。2）高能量分辨率的探測技術綜合考慮探測精度、系統成本及系統使用壽命等因素，采用水冷小功率X光管，用高能量分辨率的FAST-SDD探測器代替常用的氣體探測器、Nal（TI）探測器，提高能量分辨率，不 使用單色器，結合我們的數字成形及分離技術，可以將計數率提高到2*106CPS，而信噪比也得到大幅提高。在原來的測

19、量水平上可以將 X光管的功率降低使用，極大提高了光管使用壽 命，提高了測量分辨率及效率，該技術屬于國內改進技術。3）數字化多道譜儀技術基于ADC+FPGA高速數據采集技術，以及數字化濾波與成形技術，設計開發了數字化 多道譜儀，關鍵技術屬于國內重大改進創新技術，目前在國內處于領先水平。主要創新點為 如下幾方面： 提出雙重遺忘法。在研究現有卡爾曼濾波算法的基礎上，針對現有算法容易造成濾波 發散或濾波收斂速度慢的缺點，提出了雙重遺忘法并建立了新的基于 sage-husa的自適應卡爾 曼濾波算法模型。該算法實現了核脈沖的基線恢復，降低噪聲影響，提高抗干擾能力，增強現場適應能力。 提出單脈沖函數卷積法。

20、利用現有的函數卷積法并在此基礎作了更進一步的研究，提 出了兩種脈沖成形方法實現梯形（三角形）成形：單脈沖成形和連續脈沖成形方法。基于數 字脈沖成形技術，采用數字脈沖分離技術，改善核脈沖彈道虧損，分離堆積脈沖，提高探測 效率； 設計了三種觀測窗口。觀測窗口用來觀測原始輸入信號脈沖、 數字成形脈沖和能譜圖。 專業人員可以根據測量場合或探測器類型的不同， 實時觀察輸入脈沖的脈寬、上升沿的特征， 修改與成形相關的參數，使整個系統的性能最優化。 系統采用高性能的ADC與FPGA器件，信號經過放大器之后由 FPGA控制高速高精 度ADC進行信號采樣，由FPGA實現高速算法。2.3先進性該產品不但可以實現非

21、接觸式乏燃料液體樣品中U、Np、Pu的高精度分析，還可以避免有毒有害物質的泄露和污染，技術含量高，安全性能和性價比優于其他同類分析產品。目前 在國內還沒有該技術產品，國外屬于技術保密和禁買賣產品。2.4產品知識產權狀況1）技術標準狀況由于屬于特殊行業產品，采用自制的企業標準，整機各項技術性能指標應滿足企業貫徹 執行的IS09001質量認證體系和行業內有關的各項法規和標準所規定的要求。2）產品商標、品牌狀況企業以X熒光分析儀、手持伽馬輻射儀、低本底伽馬能譜儀、測氡儀、中子能譜儀及建 材放射性檢測儀等核分析及檢測儀器的研發、生產、銷售為一體，是國內技術領先的核儀器 制造商，國家高新技術企業、軟件企

22、業，已通過IS09001及中核集團合格供應商的認證。3市場需求和風險3.1產品應用領域、市場需求目前，國家對核電站安全，環境安全高度重視，核能發電產生的乏燃料的處置問題一直 是人們關注的熱點。在乏燃料分離、回收、提純、處理等各過程中，都需要檢測U、Np、Pu的濃度，但后處理過程中，對應的檢測對象是有毒有害的放射性液體樣品，如何在保證安全、 避免污染的條件下實現高靈敏度高精度的檢測分析是一個關鍵的問題。該項目產品就是分析 乏燃料中U、Np、Pu中濃度的重要儀器，其不受樣品放射性影響，具有樣品非破壞、不產生 二次廢液等優點，是高放廢液中微量U、Np、Pu分析的一種理想分析方法。根據該項目的規 模、

23、工藝、產量和生產能力、科技含量，小批量生產后的市場反饋情況看，本項目產品較好 解決了市場產品的普遍質量瓶頸問題，在乏燃料處理領域將占領主要市場。該產品不僅可以用于乏燃料后處理過程中的放射性核素U、Np、Pu濃度的檢測，還適用于分析液體樣品中的中高原子序數的有毒有害元素，如：Pb、As等，可以作為生產過程中的這些有毒有害元素濃度的檢測設備，也作為專門的環境監測設備，從而可以擴大應用領域， 具有廣泛的應用前景和產業化前景。3.2企業現有條件、產品競爭力1）企業現有條件公司以X熒光分析儀、手持伽馬輻射儀、低本底伽馬能譜儀、測氡儀、中子能譜儀及建材放射性檢測儀等核分析及檢測儀器的研發、生產、銷售為一體

24、，是國內技術領先的核儀器 制造商，國家高新技術企業、軟件企業，已通過 IS09001及中核集團合格供應商的認證。公司組織機構完善，技術全面，是一支技術力量雄厚、研究與開發經驗豐富的專業隊伍。 現擁有工程技術人員50余人，其中具有博士學位7人，具有高級職稱人員4人，中、初級科 技人員7人，銷售工程師4人，售后服務工程師6人，并擁有自己的研發團隊，積累了一系 列試研究設計以及研制儀器儀表的實驗、生產設備和基礎條件。項目團隊人員結構合理。團隊成員專業互補，包括核技術、測控技術、電氣自動化、機 械制造等專業，知識結構合理、人員梯隊搭配科學、人員分工責任清晰，為產品的研究開發、 生產等順利開展提供了堅實

25、保障。2）研發優勢公司以成都理工大學、中國工程物理研究院、原子能科學研究院和中國測試技術研究院 為技術依托，利用成都理工大學的技術人才優勢，進行產學研合作，將他們的成熟先進技術 優化、整合、注入到項目產品中，具有很強的方法技術和軟硬件開發能力，經國家核技術工 業應用工程技術研究中心批準成立核探測與分析技術研發部，參研人員均是單位的主干科研 和管理骨干，在智能儀器開發和承擔大型課題方面具有豐富的經驗，先后承擔的主要項目如 下表所示，具有很強的研發優勢。企業將儀器研究、應用開發的各項成果在儀器產業化中進行體現，并將著力將產業化向 前延伸。在儀器開發初期，企業就會介入其中，在儀器結構設計、繪圖、精加

26、工、選材、外 觀、人機接口等環節與研究人員配合工作，為后期產品生產打下基礎，縮短開發孵化過程。團隊以用戶需求為向導，在前處理、方法、軟件、通信、電源、結構等方面根據用戶需 求進行設計、研發，同時將后期產品生產制造工藝等融入前期研發過程，形成儀器研發、應 用、產業化的有機結合。3）產品競爭力目前，對于X射線熒光分析方法，發達國家已經建立了完善的方法理論和實現方法，眾 多知名核儀器生產廠家（Thermo-Electron、CANBERRA、ORTEC和AMPTEK等）都推出了 具有自主知識產權的成熟的商業化產品。但是，在一些關鍵技術的研究上仍對我們進行了封 鎖，致使國內許多核儀器產品（尤其是高端產

27、品）長期依賴進口，國外產品占有率很高。本公司利用自身的優勢，自主研發了該項目產品，掌握了核心技術。目前，該項目產品 填補了國內的技術空白，性能優于其它同類型產品，2013年8月交付北京原子能科學研究院的測量溶液中U、Np、Pu濃度的裝置取得良好的效果，測量的精度等參數達到了預期目標， 功能完全能夠滿足客戶的需求。運用學校專有核心技術以及人才優勢，可以有效防范和化解潛在的技術風險。在價格上，該產品低于進口產品，具有明顯的價格優勢。公司利用成都理工大學的社會關系優勢，積極建立與全國各大中專院校、科研機構和企 事業單位的聯系，結合他們相關項目和實驗的需要積極介紹推廣我們的產品；公司的專業銷 售和服務

28、團隊可以有效防范和化解潛在的銷售風險。3.3風險分析1）市場風險目前，該產品主要在乏燃料的后處理過程中進行 U、Np、Pu元素濃度的分析中應用，應 用范圍還比較有限，雖然在乏燃料后處理整個過程中目前具有其市場優勢，如果進行產業化,還應該擴大其引用領域，提高售前售后服務，為用戶提供解決方案，使用指導，儀器維修等 服務。2）技術風險隨著我國科研院所和企業在國家宏觀政策的引導下，加大該類儀器的研發力度，勢必將 會改善我國企業在該類儀器方面的競爭力。為了增強企業在該類儀器方面的競爭力，大力開 展改進創新非常必要。將儀器的數據處理速度、數字成形、脈沖判棄及幅度甄別技術進行融 合并實現改進創新，可以在基線

29、估計方面取得突破，成為未來該類儀器的發展趨勢，在這樣 的改進創新領域取得領先，占據市場競爭主導權，對于提升企業實力，為未來二十至三十年 持續盈利奠定基礎。因此，在目前的形式下，越早開展改進創新，越有利。反之，將會造成 我國企業在未來相當長時期處于被動地位。3、管理風險本產品研究人員作為主持人或主要研究人員參與了前述的各項研究工作，具有較強的科 技創新能力，擁有比較豐富的承擔研究項目的經驗。但是絕大多數科技工作者看好本項目， 由于該項目技術含量高，且核心技術只有少數人員掌握，一旦技術骨干跳槽，將給發展帶來 極大的風險。鑒于此，我們將采取技術骨干以技術入股，成為股東，風險共擔，以此降低高 技術人才流失的風險，管理風險會大幅度降低。104經濟和社會效益分析4.1經濟效益分析根據該項目科技含量、核心技術和創新點以及市場需求來看，本產品解決了同類產品的 技術瓶頸問題，該產品不僅將占有乏燃料分離、回收、貯存等所有過程中的放射性核素的檢 測市場，還可以拓展到石油、化工等許多需要進行廢液中有毒有害物質檢測的領域，所以具 有廣闊的市場前景。該項目完全投產后，至少可年產預衍射 X射線熒光分析儀5臺以上，按每臺至少80萬