同位素與輻射技術是指利用核發出的以及加速器產生的粒子和射線，與物質相互作用來研究和改造物質的技術，是核技術的重要組成部分，是當代重要的尖端技術之一。
同位素與輻射技術的應用幾乎涵蓋了國民經濟的各個領域，特別是放射性同位素應用，在醫學、農學、脈衝功率應用和核測試分析中應用尤為引人注目。
1. 放射性同位素應用進展快速
隨著國際上幾個主要的放射性同位素製備用反應堆接近壽期和對核不擴散的限制越來越重視，國際原子能機構（IAEA）和經濟合作與發展組織（OECD）都在關注高濃鈾生產裂變產物鉬-99的替代技術，包括用低濃鈾直接堆照生產和用加速器製造。目前已有荷蘭（建設反應堆）、德國（建設反應堆）、澳大利亞（擴大產能）、比利時（研究低濃鈾技術）、韓國（建設專用同位素反應堆）、加拿大（使用加速器）在開展相關工作。美國為滿足航天用同位素電池製備需要，啟動了恢復鈽-238生產的項目，計劃每年生產5公斤。
近年來鎝標記藥物的研究得到了極大的關注，出現了一系列基於鎝配合物的新型標記藥物。不過在實際應用時這些化合物也存在一些問題，如螯合基團過大、中心金屬原子價態易被氧化、標記物穩定性不好等。發展新的鎝配合物，設計新的配體，尋求新的標記手段和方法，有可能找到性能更加優良的標記藥物分子。
國際上核素治療出現了使用發射α射線的核素，美國食品藥品監督管理局（FDA）批准了223Ra應用於Ra晚期前列腺癌患者的治療。正電子放射性藥品方面，FDA還批准了三個診斷阿爾茨海默病（AD）的氟-18藥品，其中18F-AV45比較成功，說明中樞神經系統（CNS）退行性疾病是研究的熱點。
在放射免疫技術方面，國外臨床檢測項目已達二百餘項。固相包被技術在放射免疫分析（RIA）的應用已佔整個檢測項目的90%左右。韓國和德國已實現從加樣到測量的整個實驗檢測過程的自動化。
放射性同位素應用進展快速。目前，國際上同位素技術工業應用研究熱點集中在γ-CT無損檢測、輻射成像安全檢查、新型核測控儀器儀表研發、環境汙染監測與治理、輻射加工等方面。
2. 輻射技術在多方面得到廣泛應用
輻射加工是利用γ射線或加速器產生的電子束、X射線輻照被加工物體，使其品質或性能得以改善的過程。在發達國家，輻射加工已經發展為一門新興高科技產業，在工業、農業、醫療衛生、食品、環境保護等多方面有著廣泛用途，並取得了巨大的經濟效益和社會效益。據統計，全世界輻射技術產業化規模已達到年產值數千億美元。美國作為該產業的發展大國，其規模達6000億美元，佔國民經濟總值的3~4%。日本的輻射加工技術應用著力於其產業結構的優化升級、資源的高效利用以及環境保護。
近年來，國外核技術應用產業的概況如下：
（1）全世界大型鈷源輻照裝置約250座，裝源量2.5億居裡，而用於輻照的加速器超過1000臺，總功率45MW；
（2）輻射化工產品年產值超過1000億美元；
（3）用於集成電路的離子注入機3000多臺，產值1470億美元；
（4）全世界輻照食品的銷售量30萬噸；
（5）70個國家在186種植物上誘變新品種2252個；
（6）全世界半數以上國家採用輻射雄性不育法對200多種害蟲進行殺滅處理；
（7）全世界每年有3~4億人次接受放射性診斷和治療；
（8）94座生產同位素的反應堆，49臺同位素生產專用加速器；
（9）核醫學（PET）專用回旋加速器數百臺；
（10）生產3000多种放射性同位素及其製品；
國外的加速器裝置在數量上再度增加的同時，在產品質量上也不斷提高。裝置結構緊湊，易操作，維修方便，長期運行穩定性和可靠性、智能化水平等有明顯提高，如地那米型加速器從低能到高能的完整系列，電子簾加速器從80~300keV完整系列。加速器的控制系統已發展到計算機智能控制、遠程診斷、電器插件更換自動調整、信息採集和儲存等，自動化水平很高。
3. 核醫學顯像得到飛躍發展
進入21世紀，核醫學顯像儀器得到了飛躍發展，形成了以多模式影像為特徵的分子功能影像時代。20世紀90年代末，以GE公司的Hawkeye為代表的SPECT/CT及其符合線路成像的廣泛應用，隨後西門子公司和飛利浦公司也相繼推出SPECT/CT，其CT配置也由早期的X線球管發展到現在的4-16排CT為主導的診斷級CT，使核醫學影像的質量大為改善，定位更加準確。2009年美國GE公司推出了半導體晶體的心臟專用SPECT、乳腺顯像專用機等，常規的顯像儀器質量也在不斷提高。18F-FDG也成為21世紀最有價值的顯像劑之一，此外一些新的分子影像探針也陸續試用於臨床。2012年，美國GE醫療集團推出將PET/CT與MR於不同房間的複合型機型，稱之為PET/CT-MR模式。
進入21世紀，新的顯像劑研究也獲得進展，除了常規的單光子放射性藥物和18F-FDG外，放射性核素標記的奧曲肽生長抑素受體顯像、RGD整合素受體顯像、雌激素受體顯像、乏氧顯像以及正電子核素標記的乙酸、膽鹼、FLT都相繼用於臨床，豐富了學科內容，提高了疾病診斷和鑑別診斷的能力。
4. 核農學應用廣泛
國外核農學起步較早，已發展為一門成熟技術在世界各地廣泛應用。目前全球已經有100多個國家利用該技術來改良糧食作物、經濟作物和花卉苗木等。聯合國糧農署（FAO）協同國際原子能機構（IAEA）致力於核與生物技術的開發，以保持世界糧食的穩定持續增長。據不完全統計，運用此項技術，全球範圍內共培育了3218個突變作物品種。
農產品輻照加工呈快速發展趨勢。到目前為止，已經有42個國家批准538種農產品和食品的輻照加工，全球年輻照農產品的總量已近50萬噸。近年來，在FAO/IAEA/WHO三個國際組織的積極倡導下，輻照農產品和食品逐步轉向商業化，農產品輻照技術正在加快向農產品和食品工業領域轉移。
農業核素示蹤已廣泛用於農業生態環境保護、農產品原產地溯源等領域。在病蟲害控制方面，美國、加拿大、澳大利亞等世界上超過2/3的國家已對200多種害蟲利用昆蟲輻射不育技術開展研究和防治。
5. 脈衝功率應用前景廣闊
脈衝功率技術是在電氣科學基礎上發展起來的一門新興學科，是研究高功率電脈衝的產生和應用的科學。脈衝功率技術已被廣泛應用於國防（核武器、電磁軌道炮、高功率微波武器、高能雷射武器等研究）、聚變能源、材料、環境保護、醫療和生物等領域。現在，脈衝功率技術已發展成為涉及粒子加速器、等離子體物理、可控熱核聚變、高電壓工程、電介質物理、力學、材料科學等多個學科的新型交叉學科，成為當代高科技的主要基礎學科之一，有著非常廣闊的發展和應用前景。在五個核大國中，脈衝功率技術處於重要的戰略地位。
2010年，美國建造的雙軸閃光照相流體動力學試驗設施（DARHT）成功進行了第一次雙軸X光照相流體動力學試驗，對核武器研究極有價值。
2012年末，美國波音公司公布了一種微波炮與巡航飛彈集成的新概念電磁脈衝飛彈，被稱為CHAMP（反電子設備高功率微波先進飛彈項目）。CHAMP首次成功解決了脈衝功率裝置的小型化、HPM天線設計、緊湊型HPM源以及飛彈的自防護等關鍵技術，具有重要的應用前景。美國有可能在近期實現初步部署。
2014年，美國海軍委託英國航空航天公司（BAE）和美國通用原子公司（GA）分別研製的32MJ炮口動能的工程化原型樣機已經完成，成功進行了多次測試和發射。在緊湊脈衝功率源和彈丸設計方面取得突破。美國海軍的目標大致是2020—2025年初步部署電磁軌道炮。
美國海軍實驗室的高功率準分子雷射研究世界領先。研製的KrF雷射ELECTRA裝置採用兩束500keV/100kA/100ns電子束雙向泵，實現了300J/1Hz、250J/5Hz和700J/1Hz重頻運行，電插頭效率達7.4%。美國啟動了準分子雷射能源驅動器研究規劃，計劃2022年建立聚變實驗裝置（FTF，5Hz/0.5MJ），2031年建立聚變電廠原型裝置。
6. 核測試與分析廣泛應用於多個領域
（1）中子散射技術
目前，世界範圍內譜儀裝置超過400臺[6]，中子散射向著探測速度更快、空間分辨更高和能量範圍更大的高水平前沿學科應用迅速拓展。美國的MaRIE中提出利用中子散射為微米尺度上的先進材料研究。歐盟在2013年啟動了1600萬歐元為期5年的「歐盟加速原子尺度先進材料未來科學家的培養計劃」，核心內容就是鑑於中子散射和μ介子光譜兩大新興關鍵技術。
（2）中子照相技術
中子成像技術廣泛用於軍事、工業製造及核能材料等領域，同時在朝著小尺度樣品高空間分辨與大尺度樣品強穿透的兩極發展。瑞士PSI、德國HZB等機構已將低能中子解析度提升至10微米左右，利用加速器、散裂源或反應堆產生高能與裂變中子開展大尺度樣品檢測；藉助晶體單色器和斬波器，實現冷中子Bragg限成像，eV能區共振成像以及MeV能區元素成分較精確共振測量。美國愛達荷國家實驗室嘗試開展了放射性元件的間接層析成像；近年還發展極化中子成像實現磁場的圖像化，全息中子成像實現晶體內原子佔位精確測量。
（3）核設施退役檢測分析技術
當前，國際上的發展趨勢是利用成熟技術開發聯合測量設備和方法。現場檢測方面，法國原子能委員會（CEA）開發了包括γ成像（α成像）-γ劑量率探測-γ譜儀分析的組合技術。英國研究人員於2011年開發了能夠同時探測α、β、γ粒子的組合式探測技術，有望在核設施退役中使用。此外，近年來研發的桶裝廢物非破壞測量技術、管道內表面α活度監測技術、長距離α測量（LRAD）技術、乏燃料破損檢測技術等已逐步在核設施退役中得到應用。實驗室分析方面，國外研發了核設施退役樣品前處理技術和注入技術，以滿足ICP-MS對Th、U、Pu同位素的分析；為滿足堆退役廢物管理的要求，丹麥裡瑟國家實驗室研發了混凝土、石墨、鋁、鉛、鋼材中3H、14C、36Cl、55Fe、63Ni、41Ca、129I的分析方法；為滿足加速器生物屏蔽層退役要求，瑞士Schuman等研發了加速器混凝土屏蔽層樣品放化分析方法，對屏蔽層中的152Eu、60Co、44Sc、133Ba、154Eu、134Cs、144Ce、22Na、129I、10Be、36Cl、239/240Pu、238U等核素進行了分析。
（4）放射性核素的分離分析技術
美國國家核取證溯源中心（NTNFC）在痕量核材料錒系及易裂變核素的快速分離分析技術處於世界領先水平。鈾、鈽核材料主同位素分析精度達10-5，低豐度同位素分析精度＜0.1%，氧同位素分析精度＜0.01%。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）研發了加速器質譜及雷射共振電離質譜等先進設備，分析靈敏度已達108原子水平，可實現天然鈾中236U探測（10-12），63Ni中＜10-11的63Cu探測，Pu的探測靈敏度達10-15g。該實驗室建立了10-12鈽的熱表面電離同位素質譜分析技術，相對標準偏差≤0.4%，與標稱值偏差≤0.7%。
目前，分離功能材料和放化快速分析方法也有了新的突破。國外近年報導的有機金屬框架結構的放化分離新材料的比表面積高達6240m2/g，有望在惰性氣體裂片核素分離得到廣泛應用。
（作者單位：中國核科技信息與經濟研究院情報研究三室 中國核學會核情報研究分會）