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          2014-05-13
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          曾經為我國“兩彈一艇”立下過汗馬功勞的中國原子能科學研究院近年來在民用領域不甘寂寞,他們急國家之所急、想國家之所想,利用多年的技術儲備——多項先進的核分析技術結合精細化的源解析,在國家環保部、科技部和北京市科委等支持下,聯合中國環境科學研究院、中科院應用物理研究所、中科院高能物理研究所、上海應用物理研究所等單位,為分析霧霾成因治理提供精準武器。

          緣起︰國家需求,一拍即合

          近年來,大氣污染問題已經上升到國家安全的高度,黨和國家領導人多次就霧霾治理問題表態。在2014年“兩會”期間,國務院總理李克強在回答中外記者提問時明確表示︰“霧霾治理不能等風盼雨,要主動出擊。”在對霧霾進行治理時,近年來更注重對大氣污染的監測,放松了對污染源的基礎研究,使得目前的大氣污染治理缺乏科學依據。國家環保部副部長吳曉青曾將這個問題歸納為“底數不清、機理不明、技術不足”。

          為了科學治理PM2.5污染,解決經濟、社會、環境協調發展問題,在中組部直接關懷和支持下,2013年5月,一批來自各行業的國家級專家組成了“PM2.5特別防治小組”。崔大慶是原子能院從瑞典引進的“千人計劃”特聘研究員,他的加入為小組霧霾源分析提供了重要的智力和技術支持。

          在2013年12月17日參加“PM2.5特別防治小組”廣州會議後,崔大慶覺得環境部門現有技術對霧霾源分析不足,而原子能院擁有的核分析技術恰好可以彌補這個不足,可以為PM2.5的源分析提供精準的武器。回到原子能院後,他就找到院領導討論這件事情。院領導听了崔大慶的思路後,認為原子能院能為國家治理PM2.5出力,使命光榮且重大,當即召集院內相關專家,調研相關資料,梳理原子能院的技術儲備。

          PM2.5的真正成因,別說老百姓不清楚,即使是環境方面的專業研究人員,也並不是特別清楚。比如對霧霾中汽車尾氣所佔比例,有些檢測結果是4%,也有些檢測結果是29%,結論偏差很大。究其原因,就是技術還不夠。在環境檢測部門現有的儀器設備中,常規測量指標也就十幾個,檢測精度也不夠靈敏。而原子能院核分析技術的指標比現在的常規檢測項目多出3∼4倍,靈敏度則能高百倍以上。以原子能院核物理所的加速器質譜加速器技術來說,在檢測靈敏度方面能達到10-16的數量級,而環境檢測部門現有常規檢測的靈敏度只能達到10-8的數量級。這對環境檢測工作來說,無疑是革命性的突破。

          這項工作得到行業內資深學者的大力支持。當中國環境科學研究院副院長柴發合等專家听到核分析術的介紹時,非常振奮,甚至有相見恨晚的感覺。柴發合是環保部PM2.5治理項目的主要領軍人物,他對環境檢測部門現有的檢測技術非常了解,知道他們急需什麼技術。柴發合認為︰“原子能院核分析技術團隊將是治理霧霾不可或缺的一支隊伍。”

          實施︰聯軍作戰組合拳出擊

          在PM2.5治理過程中,我國給出的數值是個總量,但顆粒成分民眾並不清楚,必須有很精準的儀器才能將霧霾成分檢測清楚,原子能院所做的就是這件的事情。

          原子能院能夠通過同位素信息判定的方式判斷顆粒中各個成分的來源。比如說通過顆粒中碳14的測定,可以判定霧霾中有多少成分來源于秸稈燃燒;通過測定碳13的含量,可以判斷有多少成分由燒煤形成,有多少由燒石油形成。通過一些輔助的鉀、左旋葡萄糖等數值的測定,能夠精確判斷霧霾各種成因所佔比例,誤差範圍只有1%左右。

          PM2.5治理主要是環境部門的工作,原子能院要想發揮作用就得有自己的獨到之處。所幸,常年的技術積累讓原子能院擁有雄厚的實力。多年來,原子能院形成了中子活化分析、全反射X光熒光光譜、二次離子質譜、加速器離子質譜等技術力量。同時,因為原子能院肩負國家核安全保障任務,有一個200平方米的超潔淨實驗室,能夠直接從空氣中采樣分析,這些條件與環保部門形成互補。

          倪邦發是原子能院核物理所研究員。上世紀90年代,他曾經參加過國際原子能機構的研究課題——中子活化分析用于源解析。在當時,能夠通過中子活化分析進行測量的元素已經有40多種,而且精敏度很高。中國環境科學院的同行們听到這個介紹時,不由得感慨︰“倪邦發90年代開始做的工作已經比現在環保部門做的還要精準。”

          崔大慶介紹了他的構想︰“原子能院目前擁有中子活化分析、加速器質譜、二次質譜、全反射熒光分析、激光光譜等技術,每種技術都有自己的優勢和特點。我們要根據不同的需要,形成不同的組合,最終組成核分析技術組合拳。這不僅大大超過了現在使用的技術,在國際上也是一個突破。”

          PM2.5是全中國、全世界共同面臨的問題。為了共同抗霾,原子能院和中國環境科學院、北京環境監測中心,以及中科院高能所和應用物理所等單位組成了聯軍,把核隊伍和現在的監測手段、監測隊伍緊密結合起來——環保部門有非常成熟的采樣點和采樣技術,原子能院能夠為環保部門提供精準的樣品分析和更詳細的數據。

          如今,在國家環保部的藍天計劃、京津冀聯防聯控等項目中,環境保護部門已經把原子能院納入到技術支持單位中。中組部“千人計劃”PM2.5科學實驗小組已經決定將原子能院的核分析技術隊伍納入國家跨行業、跨地區防治PM2.5行動的國家計劃。小組組長甘中學一行還專門來原子能院參觀,並稱原子能院的核分析技術隊伍為“核技術抗霾特戰隊”。

          願景︰“指紋”追蹤繪制PM2.5地圖

          2012年,美國伯克利國家實驗室在《科學》雜志上發表了一篇文章,聲稱其在對舊金山灣大氣中鉛同位素進行測量時,檢測到有29%的飄塵來自于東亞地區。鉛同位素的測量就是使用加速器質譜中子活化分析技術,通過測定元素中碳同位素的含量,判定顆粒是來自燃煤、汽車尾氣或是其他來源。而超靈敏質譜技術則能測得更加清楚。

          ldquo;我們用核技術可以提供‘指紋’判定。在現有工作基礎上,核分析可以把霧霾來源的信息精細化、準確化,為政府部門提供霧霾的來源、形成機制等信息;同時,可以提供現場快速測量和實驗室精確測量的組合手段。我們希望能夠研究出PM2.5同位素分布圖樣,讓人們一看就能知道霧霾究竟從哪里來。”原子能院副院長柳衛平介紹。

          針對下一步工作的開展,柳衛平說︰“我們要充分利用原子能院現有技術手段,組織一些科研項目,對這些手段進行適應性改造,力爭在短期內找到基礎數據,慢慢把‘指紋’積累起來,形成霧霾來源的數據庫。”

          在原子能院核技術設備的具體應用方面,原子能院有兩類設想︰一類是對大型反應堆和加速器使用的設想——可以為國家提供特別精確的判斷,譬如具體到霧霾到底來自于哪個火力電廠,原子能院可以用精準手段提供這一依據。

          另一類是X射線、激光檢測手段,原子能院計劃在前期積累的基礎上,通過短期科研,把分析‘指紋’解析出來,得到‘指紋’的判斷方式和工作流程,把檢測設備做成小型化的在線檢測工具,向環保部門推廣。原子能院的專家們已經將環保部門提供的PM2.5樣品進行了初步測試,原子能院自行研制的全反射X光光譜和激光等離子化原子發射光譜分析取得了比預期更加理想的分析結果。

          ldquo;為國家需要貢獻自己的力量”,這始終是原子能院人的信念。自從崔大慶提出“核分析技術組合拳抗霾”的構想以後,得到了原子能院各路專家的支持。我國從事全反射X熒光第一人金理雲老先生激動地說︰“等了這麼久,終于有人認識到我們核分析技術的重要性了,我們早就有這個想法了。”

          如今,為了早日繪出PM2.5地圖,原子能院的科研工作者們正在夜以繼日、刻苦攻關,希望早日拿出第一批成果。