综述
Sandia National Laboratories 赞助 National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine （国家科学院）进行放射源和替代（非放射性同位素）技术在美国及全球医疗、研究、灭菌和其他商业应用方面的状态评估。研究目的在于支持 National Nuclear Security Administration Office of Radiological Security 计划下的当前和未来活动，从而减少目前在这些应用中的高风险放射性材料并推动使用替代技术。研究检查了 International Atomic Energy Agency (IAEA) 制定的五类系统中最危险的三大源类别，即第 1、2 和 3 类源。系统主要根据其对处理或接触人员在放射源没有安全管理或妥善保护的情况下造成的确定性1健康影响的可能性对放射源进行排序。包括 U.S. Nuclear Regulatory Commission (U.S. NRC) 在内的国家监管机构已采用 IAEA 的源分类系统来规范放射源的安全和安保。
国家科学院委任了专家委员会开展研究与编制技术报告。本综述包含委员会调查结果和建议的完整清单，如下所列。
调查结果 1：放射源继续在国内和国际上广泛用于医疗、研究、灭菌和其他商业应用中。在过去的 10-15 年中，没有出现高风险（第 1 类和第 2 类）和中等风险（第 3 类）放射源的新应用。第 1 类放射源的一种应用，即使用放射性热电产生器提供陆基电力，已被淘汰。
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1 确定性影响是存在剂量阈值水平的影响，超过该阈值水平时，健康影响的严重程度随着剂量的增加而加重。
调查结果 2：美国政府和国际社会已采取行动加强放射源的安全和问责。这些行动主要针对高风险（第 1 类和第 2 类）放射源，因为更有可能对处理或接触的人员造成确定性影响。第 3 类放射源的安全性和问责制的优先级较低，因为其造成确定性影响的可能性较低。
调查结果 3：在美国，第 1 类和第 2 类放射源由国家放射源追踪系统进行跟踪，该系统是非公开集中式数据库，自 2008 年以来由 U.S. NRC 维护。第 1 类和第 2 类数据源的数量在过去 12 年中增加了约 30%。
调查结果 4：安全措施不太严格及缺乏对第 3 类放射源的国家和国际跟踪使之容易遭遇未经授权的交易和盗窃。
调查结果 5：近期针对放射性事件的建模分析得出的结论是小量辐射释放和低于可导致确定性影响水平的人群小量辐射暴露可能会产生严重和长期的社会经济后果。各种现实生活中的放射事件都支持这一结论。仅基于放射源的确定性影响的安全系统可能无法为社会提供足够的保护。
建议 A：International Atomic Energy Agency、U.S. Nuclear Regulatory Commission 和其他组织应考虑重新制定其放射源分类方案，以考虑 (a) 可能的健康影响，例如晚年患癌，以及 (b) 经济和社会影响。这种重构可更全面的描述整体风险，包括如果放射源没有得到安全管理或妥善保护的潜在后果。
建议 B：International Atomic Energy Agency、U.S. Nuclear Regulatory Commission 和其他组织应根据建议 A 中的重新制定结果更改其放射源安全和跟踪指南和法规。
建议 C：与此同时，U.S. Nuclear Regulatory Commission 应逐步在现有的国家放射源跟踪系统中跟踪第3 类放射源。此类跟踪可以更加准确地核算国家清单中的第 3 类放射源，并会加强对拥有放射源和规范使用的问责制。美国政府应就加强第 3 类放射源所在设施的潜在安保作出明智决定。
调查结果 6：美国政府以非放射性同位素替代品代替放射源的风险降低目标在废弃源得到妥善移除和处置前无法实现。处置的高昂成本和有限的国内和国际处置选择、资源和指导可能会阻碍替代品的采用和适当的放射源报废处置。
建议 D：• U.S. Nuclear Regulatory Commission 应该扩大目前对财务担保的要求，以确保充分涵盖新获得许可的放射源报废管理。美国政府同样应制定和实施国家战略，对目前有主和无主的第 1 类和第 2 类放射源进行报废管理，并应考虑将其用于第 3 类放射源。
调查结果 7：多个国家和国际政府和非政府组织积极采取行动，以提高替代技术的认知度，以此降低放射源安全风险。但是，目前没有任何组织具备在全球范围内推广各类替代技术和解决采用问题的能力。这类组织或组织网络可以整合技术、监管、金融、政策和特定国家的资源信息，以影响关于采用替代技术的决策，并在适当的情况下促进向医疗、研究和商业应用的替代技术过渡。
调查结果 8：替代技术的研发进展在不同的应用和放射性核素之间并不均衡（见表 S.1）。除了血液照射（其中X 射线技术被认为等同于铯 137 照射）和外束放射治疗（其中直线加速器技术被认为优于钴 60 远程疗法）之外，没有广泛接受的适于其他应用的替代技术。在某些应用中，尚未开发出合适的替代技术。
如调查结果 12 所述，尽管医疗应用的技术取得了进步，但在低收入和中等收入国家采用替代技术仍存在挑战。
调查结果 9：几家大公司正在投资研发，为与采用替代技术相关的特定挑战提供解决方案。如果成功，实现创意转变为商业产品仍可能需要数年（通常超过十年）时间并需要大量投资。
调查结果 10：在 National Nuclear Security Administration 管理的小企业创新研究和小企业技术转让计划的财政支持下，多家小规模公司正在开展替代技术开发项目。
建议 E：National Nuclear Security Administration 应该优先资助旨在开发在目前阶段没有可接受的非放射性同位素替代技术的应用中使用放射源替代品的研究和开发项目。
调查结果 11：在采用替代技术方面最显著的进展是在全球范围内采用 X 射线技术进行血液和研究照射。在美国，政府通过 Cesium Irradiator Replacement Project 提供的财政激励是从铯辐照器向 X 射线技术过渡以及逐步淘汰以氯化铯形式存在于医疗和研究应用领域的铯 137 的主要推动因素。通过协助研究界设计和资助等效性研究，替换研究中使用的铯辐照器可以取得更多进展。
建议 F：National Nuclear Security Administration 应与联邦合作伙伴（如 Department of Health and Human Services、National Science Foundation 和 Food and Drug Administration）合作，支持正在考虑用替代技术替换铯或钴研究辐照器的研究人员的等效研究。该类研究的结果应该广泛提供。
调查结果 12：替代技术不能提供“一刀切的解决方案”，这在高收入、低收入和中等收入国家的医疗应用中尤为明显，因为在获得医疗保健和资源方面存在巨大差异。在一些低收入和中等收入国家，癌症治疗替代技术的采用对患者护理产生了意想不到的负面影响，因为缺乏让该类替代技术成为可行选择的经培训工作人员、所需资源和基础设施。
建议 G：美国政府和其他国家和国际组织在全球及低收入和中等收入国家减少使用强放射性放射源方面所付出的努力应通过核查当地资源、基础设施和需求来推动。在当地资源和基础设施无法支持替代方案的情况下，工作应侧重于加强现有放射源的放射安全，协助建设基础设施，并支持研究和开发项目，以调整技术，实现在资源有限的环境中（比如，电力供应不稳定时）的有效运行。
调查结果 13：灭菌应用领域正在逐步过渡使用替代技术。在过去的 10-15 年中，国内外对电子束（电子射束）技术在医疗器械灭菌中的使用有所增加，并且预计将继续增加以满足对该应用不断增长的需求。几家公司另外宣布计划开设新的 X 射线灭菌设备。许多国家也越来越多地接受其他灭菌应用的替代技术，包括作为放射源的可行替代品，用于安全和植物检疫处理的食品辐照和昆虫不育。
调查结果 14：国内在其他一些商业应用方面采用替代技术取得的进展甚微，特别是在一些无损检测应用和测井方面。这是因为目前没有可行或具有成本效益的替代品，替代品要么达不到标准要么无法增强性能，或者其产生的材料和结构数据与放射源产生的数据无法直接相提并论。
建议 H：National Nuclear Security Administration 应与 Department of Energy、National Science Foundation 和专业协会的其他办公室合作，支持正在考虑更换放射源并采用替代技术的测井和工业射线照相服务提供商的等效性研究。该类研究的结果应该广泛提供。
调查结果 15：在采用校准系统 替代技术替代铯 137 和钴 60 放射源方面，国内外均未取得进展。目前没有明显的非放射性同位素替代品来代替这些应用中使用的氯化铯源，目前也没有致力于探索替代品的研究和开发。替代品的缺乏妨碍了全球消除氯化铯形式的铯 137 的工作进展。
建议 I：National Institute of Standards and Technology 应与研究界以及联邦、行业和国际合作伙伴合作，开始研究用于校准应用的氯化铯替代品。须即刻开始参与其中，为将来可能消除使用氯化铯形式的铯 137 做好准备。
表 S.1 在不同应用中采用替代技术的进展
| 应用（章节讨论） | 常用设备（主要同位素） | 替代技术 | 采用替代的趋势 | 采用的主要驱动因素（安全风险除外） | 主要替换挑战 | 推动采用的有前途的研究和开发重点领域 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 医疗领域 | ||||||
| 血液照射（第 4 章） | 自屏蔽辐射器（铯137 和钴 60） | X 射线技术 | 国内和国际广泛采用 | 美国的 CIRP 和其他国家的国家政府监管举措；整个设备生命周期的成本节约；功效 | 用户偏好 | 红细胞病原体减少方法 |
| 癌症治疗——外束照射疗法（第 4 章） | 远程疗法（钴 60） | 直线加速器 | 在高收入和多个中等收入国家几乎完全淘汰放射源；但却有越来越多的中低收入国家采用 | 多功能性；出色的治疗实施；改善患者预后；治疗时间更短 | 在高收入国家没有；经济、基础设施；及中低收入国家的资源 | 直线加速器经济实惠且在电力供应中断时可迅速恢复 |
| 癌症治疗——立体定向放射外科（第 4 章） | 基于伽玛的放射外科手术，包括伽玛刀®（钴 60） | 基于直线加速器的放射外科手术，包括CyberKnife® | 在高收入国家越来越多地采用；中低收入国家整体放射外科的采用率低 | 治疗部位通用性；降低设置成本 | 推测精度更低；用户偏好 | 旨在降低设置成本的技术，包括屏蔽 |
| 癌症治疗——HDR 近距离放射治疗（第 4 章） | HDR 近距离放射治疗（铱 192） | 外束照射疗法；电子近距离放射治疗 | 在高收入国家部分采用 | 外束照射治疗提供更优惠的报销 | 电子近距离放射治疗不是治疗妇科癌症最常用的 HDR 近距离放射疗法的可行替代方案 | 适用于治疗妇科癌症的电子近距离放射治疗 |
| 研究 （第 4 章） | 自屏蔽辐射器（铯 137 和钴 60） | X 射线技术 | 提高采用率 | 美国的 CIRP 和其他 国家的国家政府监管 举措；整个设备生命周 期的成本节约 | 等效性研究；遗留 数据；研究机构的 稀缺资源 | 等效性研究；开发平 均能量为 600 keV 或更高的 X 射线 设备 |
| 应用（章节讨论） | 常用设备（主要同位素） | 替代技术 | 采用替代的趋势 | 采用的主要驱动因素（安全风险除外） | 主要替换挑战 | 推动采用的有前途的研究和开发重点领域 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 灭菌 | ||||||
| 医疗器械灭菌（第 5 章） | 全景辐照器（钴 60） | 电子束和 X 射线 | 提高采用率 | 需求增长产生市场需求；钴 60 供应稀缺；安全问题和可能对 EtO 熏蒸处理采取更严格的监管 | 等效性和重新验证 | 开发紧凑型直线加速器以降低资金成本；开发经济型 X 射线源 |
| 食品安全处理（第 5 章） | 全景或其他高和低活度辐照器（钴 60） | 电子束和 X 射线 | 在美国停滞不前；在欧洲采用率下降；在世界某些地区越来越多地采用，尤其是在中国 | 市场需求 | 公众接受度；国际贸易中缺少统一的法规；外包治疗；标签要求 | 开发降低资金成本；更多开发经济型 X 射线源 |
| 植物检疫处理（第 5 章） | 全景或其他高和低活度辐照器（钴 60） | 电子束和 X 射线 | 增加 | 市场需求；治疗简单 | 经济性；缓解使用溴甲烷熏蒸的压力 | 开发降低资金成本；更多开发经济型 X 射线源 |
| 昆虫不育（第 5 章） | 全景或其他高活度辐照器（钴 60）；自屏蔽辐射器（铯 137 或钴 60） | 电子束、X 射线和基因改造 | 增加 | 自屏蔽辐照器的可用性和运输；对应用的需求不断增加，尤其是区域蚊虫控制；公众对昆虫基因改造的负面看法 | 由于早期（第一代）X 射线设备的不可靠导致第一次体验不佳 | 开发符合使用要求的X 射线源 |
| 工业应用 | ||||||
| 工业射线照相术（第 6 章） | 射线照相术（钴 60、铱 192 和硒 75） | X 射线和超声波 | 增加 | 对放射源的补充 | 并非一对一替代；具有挑战的环境中的技术和操作要求；费用；更高水平的技术资格；间接成像与直接成像相反 | 超声波的图像呈现；尺寸、重量和功率改进 |
| 工业仪表（第 6 章） | 铯 137、钴 60 | 超声波、压力差、雷达和制导雷达 | 增加 | 对放射源的补充 | 具有挑战的环境中的操作要求 | 在具有挑战的环境中提高替代品的耐用性 |
| 测井（第 6 章） | 镅 241——与铍混合 | 中子发生器 | 停滞不前 | 无 | 应用市场需求下降；等效性和可靠性；遗留数据 | 等效性研究；中子发生器可靠性改进 |
| 铯 137（陶瓷或玻璃） | X 射线 | 无 | 无 | 开发紧凑、坚固的 X 射线源；需要各向同性辐射 | ||
| 校准器（第 6 章） | 氯化铯 137 | 无 | 无 | 从医疗、研究和商业应用中消除氯化铯的可能政策 | 目前认为需要避免替换的应用领域 | 开发和使用不易分散形式的铯 137；600 keV 及更高的平均X 射线 |
| 钴 60 | 无 | 无 | 无 | 无 | ||
| 适用于空间应用的放射性热电产生器 | 压制氧化物形式的钚 238 | 无 | 无 | 无 | 未识别为问题 | 无 |
| 锶 90 | 无 | 无 | 无 | 无 | ||
备注：CIRP = Cesium Irradiator Replacement Project；电子射束 = 电子束；EtO = 环氧乙烷；HDR = 高剂量率；keV = 千电子伏特；linac = 直线加速器；LMIC = 低收入和中等收入国家。
