曾經(jīng)為我國(guó)“兩彈一艇”立下過(guò)汗馬功勞的中國(guó)原子能科學(xué)研究院近年來(lái)在民用領(lǐng)域不甘寂寞，他們急國(guó)家之所急、想國(guó)家之所想，利用多年的技術(shù)儲(chǔ)備——多項(xiàng)先進(jìn)的核分析技術(shù)結(jié)合精細(xì)化的源解析，在國(guó)家環(huán)保部、科技部和北京市科委等支持下，聯(lián)合中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中科院應(yīng)用物理研究所、中科院高能物理研究所、上海應(yīng)用物理研究所等單位，為分析霧霾成因治理提供精準(zhǔn)武器。
緣起：國(guó)家需求，一拍即合
近年來(lái)，大氣污染問(wèn)題已經(jīng)上升到國(guó)家安全的高度，黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人多次就霧霾治理問(wèn)題表態(tài)。在2014年“兩會(huì)”期間，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)在回答中外記者提問(wèn)時(shí)明確表示：“霧霾治理不能等風(fēng)盼雨，要主動(dòng)出擊。”在對(duì)霧霾進(jìn)行治理時(shí)，近年來(lái)更注重對(duì)大氣污染的監(jiān)測(cè)，放松了對(duì)污染源的基礎(chǔ)研究，使得目前的大氣污染治理缺乏科學(xué)依據(jù)。國(guó)家環(huán)保部副部長(zhǎng)吳曉青曾將這個(gè)問(wèn)題歸納為“底數(shù)不清、機(jī)理不明、技術(shù)不足”。
為了科學(xué)治理PM2.5污染，解決經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題，在中組部直接關(guān)懷和支持下，2013年5月，一批來(lái)自各行業(yè)的國(guó)家級(jí)專(zhuān)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(jìn)的“千人計(jì)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(shù)支持。
在2013年12月17日參加“PM2.5特別防治小組”廣州會(huì)議后，崔大慶覺(jué)得環(huán)境部門(mén)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)霧霾源分析不足，而原子能院擁有的核分析技術(shù)恰好可以彌補(bǔ)這個(gè)不足，可以為PM2.5的源分析提供精準(zhǔn)的武器。回到原子能院后，他就找到院領(lǐng)導(dǎo)討論這件事情。院領(lǐng)導(dǎo)聽(tīng)了崔大慶的思路后，認(rèn)為原子能院能為國(guó)家治理PM2.5出力，使命光榮且重大，當(dāng)即召集院內(nèi)相關(guān)專(zhuān)家，調(diào)研相關(guān)資料，梳理原子能院的技術(shù)儲(chǔ)備。
PM2.5的真正成因，別說(shuō)老百姓不清楚，即使是環(huán)境方面的專(zhuān)業(yè)研究人員，也并不是特別清楚。比如對(duì)霧霾中汽車(chē)尾氣所占比例，有些檢測(cè)結(jié)果是4%，也有些檢測(cè)結(jié)果是29%，結(jié)論偏差很大。究其原因，就是技術(shù)還不夠。在環(huán)境檢測(cè)部門(mén)現(xiàn)有的儀器設(shè)備中，常規(guī)測(cè)量指標(biāo)也就十幾個(gè)，檢測(cè)精度也不夠靈敏。而原子能院核分析技術(shù)的指標(biāo)比現(xiàn)在的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)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(zhì)譜加速器技術(shù)來(lái)說(shuō)，在檢測(cè)靈敏度方面能達(dá)到10-16的數(shù)量級(jí)，而環(huán)境檢測(cè)部門(mén)現(xiàn)有常規(guī)檢測(cè)的靈敏度只能達(dá)到10-8的數(shù)量級(jí)。這對(duì)環(huán)境檢測(cè)工作來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是革命性的突破。
這項(xiàng)工作得到行業(yè)內(nèi)資深學(xué)者的大力支持。當(dāng)中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院副院長(zhǎng)柴發(fā)合等專(zhuān)家聽(tīng)到核分析術(shù)的介紹時(shí)，非常振奮，甚至有相見(jiàn)恨晚的感覺(jué)。柴發(fā)合是環(huán)保部PM2.5治理項(xiàng)目的主要領(lǐng)軍人物，他對(duì)環(huán)境檢測(cè)部門(mén)現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)非常了解，知道他們急需什么技術(shù)。柴發(fā)合認(rèn)為：“原子能院核分析技術(shù)團(tuán)隊(duì)將是治理霧霾不可或缺的一支隊(duì)伍。”
實(shí)施：聯(lián)軍作戰(zhàn)組合拳出擊
在PM2.5治理過(guò)程中，我國(guó)給出的數(shù)值是個(gè)總量，但顆粒成分民眾并不清楚，必須有很精準(zhǔn)的儀器才能將霧霾成分檢測(cè)清楚，原子能院所做的就是這件的事情。
原子能院能夠通過(guò)同位素信息判定的方式判斷顆粒中各個(gè)成分的來(lái)源。比如說(shuō)通過(guò)顆粒中碳14的測(cè)定，可以判定霧霾中有多少成分來(lái)源于秸稈燃燒；通過(guò)測(cè)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(guò)一些輔助的鉀、左旋葡萄糖等數(shù)值的測(cè)定，能夠精確判斷霧霾各種成因所占比例，誤差范圍只有1%左右。
PM2.5治理主要是環(huán)境部門(mén)的工作，原子能院要想發(fā)揮作用就得有自己的獨(dú)到之處。所幸，常年的技術(shù)積累讓原子能院擁有雄厚的實(shí)力。多年來(lái)，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(zhì)譜、加速器離子質(zhì)譜等技術(shù)力量。同時(shí)，因?yàn)樵幽茉杭缲?fù)國(guó)家核安全保障任務(wù)，有一個(gè)200平方米的超潔凈實(shí)驗(yàn)室，能夠直接從空氣中采樣分析，這些條件與環(huán)保部門(mén)形成互補(bǔ)。
倪邦發(fā)是原子能院核物理所研究員。上世紀(jì)90年代，他曾經(jīng)參加過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的研究課題——中子活化分析用于源解析。在當(dāng)時(shí)，能夠通過(guò)中子活化分析進(jìn)行測(cè)量的元素已經(jīng)有40多種，而且精敏度很高。中國(guó)環(huán)境科學(xué)院的同行們聽(tīng)到這個(gè)介紹時(shí)，不由得感慨：“倪邦發(fā)90年代開(kāi)始做的工作已經(jīng)比現(xiàn)在環(huán)保部門(mén)做的還要精準(zhǔn)。”
崔大慶介紹了他的構(gòu)想：“原子能院目前擁有中子活化分析、加速器質(zhì)譜、二次質(zhì)譜、全反射熒光分析、激光光譜等技術(shù)，每種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。我們要根據(jù)不同的需要，形成不同的組合，最終組成核分析技術(shù)組合拳。這不僅大大超過(guò)了現(xiàn)在使用的技術(shù)，在國(guó)際上也是一個(gè)突破。”
PM2.5是全中國(guó)、全世界共同面臨的問(wèn)題。為了共同抗霾，原子能院和中國(guó)環(huán)境科學(xué)院、北京環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，以及中科院高能所和應(yīng)用物理所等單位組成了聯(lián)軍，把核隊(duì)伍和現(xiàn)在的監(jiān)測(cè)手段、監(jiān)測(cè)隊(duì)伍緊密結(jié)合起來(lái)——環(huán)保部門(mén)有非常成熟的采樣點(diǎn)和采樣技術(shù)，原子能院能夠?yàn)榄h(huán)保部門(mén)提供精準(zhǔn)的樣品分析和更詳細(xì)的數(shù)據(jù)。
如今，在國(guó)家環(huán)保部的藍(lán)天計(jì)劃、京津冀聯(lián)防聯(lián)控等項(xiàng)目中，環(huán)境保護(hù)部門(mén)已經(jīng)把原子能院納入到技術(shù)支持單位中。中組部“千人計(jì)劃”P(pán)M2.5科學(xué)實(shí)驗(yàn)小組已經(jīng)決定將原子能院的核分析技術(shù)隊(duì)伍納入國(guó)家跨行業(yè)、跨地區(qū)防治PM2.5行動(dòng)的國(guó)家計(jì)劃。小組組長(zhǎng)甘中學(xué)一行還專(zhuān)門(mén)來(lái)原子能院參觀，并稱原子能院的核分析技術(shù)隊(duì)伍為“核技術(shù)抗霾特戰(zhàn)隊(duì)”。
愿景：“指紋”追蹤繪制PM2.5地圖
2012年，美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇文章，聲稱其在對(duì)舊金山灣大氣中鉛同位素進(jìn)行測(cè)量時(shí)，檢測(cè)到有29%的飄塵來(lái)自于東亞地區(qū)。鉛同位素的測(cè)量就是使用加速器質(zhì)譜中子活化分析技術(shù)，通過(guò)測(cè)定元素中碳同位素的含量，判定顆粒是來(lái)自燃煤、汽車(chē)尾氣或是其他來(lái)源。而超靈敏質(zhì)譜技術(shù)則能測(cè)得更加清楚。
“我們用核技術(shù)可以提供‘指紋’判定。在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上，核分析可以把霧霾來(lái)源的信息精細(xì)化、準(zhǔn)確化，為政府部門(mén)提供霧霾的來(lái)源、形成機(jī)制等信息；同時(shí)，可以提供現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室精確測(cè)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(lái)。”原子能院副院長(zhǎng)柳衛(wèi)平介紹。
針對(duì)下一步工作的開(kāi)展，柳衛(wèi)平說(shuō)：“我們要充分利用原子能院現(xiàn)有技術(shù)手段，組織一些科研項(xiàng)目，對(duì)這些手段進(jìn)行適應(yīng)性改造，力爭(zhēng)在短期內(nèi)找到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，慢慢把‘指紋’積累起來(lái)，形成霧霾來(lái)源的數(shù)據(jù)庫(kù)。”
在原子能院核技術(shù)設(shè)備的具體應(yīng)用方面，原子能院有兩類(lèi)設(shè)想：一類(lèi)是對(duì)大型反應(yīng)堆和加速器使用的設(shè)想——可以為國(guó)家提供特別精確的判斷，譬如具體到霧霾到底來(lái)自于哪個(gè)火力電廠，原子能院可以用精準(zhǔn)手段提供這一依據(jù)。
另一類(lèi)是X射線、激光檢測(cè)手段，原子能院計(jì)劃在前期積累的基礎(chǔ)上，通過(guò)短期科研，把分析‘指紋’解析出來(lái)，得到‘指紋’的判斷方式和工作流程，把檢測(cè)設(shè)備做成小型化的在線檢測(cè)工具，向環(huán)保部門(mén)推廣。原子能院的專(zhuān)家們已經(jīng)將環(huán)保部門(mén)提供的PM2.5樣品進(jìn)行了初步測(cè)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(fā)射光譜分析取得了比預(yù)期更加理想的分析結(jié)果。
“為國(guó)家需要貢獻(xiàn)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(shù)組合拳抗霾”的構(gòu)想以后，得到了原子能院各路專(zhuān)家的支持。我國(guó)從事全反射X熒光第一人金理云老先生激動(dòng)地說(shuō)：“等了這么久，終于有人認(rèn)識(shí)到我們核分析技術(shù)的重要性了，我們?cè)缇陀羞@個(gè)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(guān)，希望早日拿出第一批成果。
