引言

医用同位素的物理化学属性，直接决定了核药诊疗的临床价值。当前核医学正加速向诊疗一体化演进，通过构建多核素组合的诊疗闭环，推动精准治疗向定量化、个体化升级，这对上游核素供应体系提出了系统性挑战；而医用同位素的稳定可控供应也正是核药全链条研发、生产与临床转化的核心基石。目前全球主流医用同位素生产路线分为两类：反应堆通过中子轰击生产 177Lu、99Mo 等丰中子核素；加速器通过质子、氘核、α粒子等带电粒子直接轰击，或光核反应（如电子加速器驱动）生产68Ga、211At 、225Ac等缺中子核素。天然矿物或高放废液提取因产量极低，已非主流。

正是在诊疗一体化趋势下，临床核素需求从少数通用诊断核素，快速扩展为覆盖全流程的多元化核素矩阵，单一堆照或器产路线均无法完全覆盖。这就使得行业对核素供应的灵活性、品种丰富度与自主可控性的要求空前提高，其核心是实现同位素的多样化供应与低成本规模化生产。唯有达成"同位素供应自由"，才能为核药产业创新筑牢基础，正因如此，加速器制备技术凭借其在缺中子核素生产上的独特优势，成为当前产业发展的核心焦点。

01

反应堆与加速器：两种核素生产方式的分工与互补

医用同位素的人工制备，核心是通过核反应让原子核转变为具备所需衰变特性的放射性核素，目前主流的两大技术路径，分别基于核反应堆与粒子加速器实现。

反应堆制备依托核反应堆裂变产生的高通量中子轰击特定靶材，形成不稳定的丰中子类放射性同位素，如同为稳定原子核做“加法”，适配中长半衰期丰中子核素的规模化生产。加速器制备则是通过设备将带电粒子或电子加速至高能量状态后轰击靶材，敲出靶核内的中子等粒子，生成缺中子放射性同位素；或是通过电子加速产生的高能γ光子触发光核反应，完成靶核的核转变，如同对稳定原子核做精准“减法”，适配短中半衰期缺中子核素的柔性生产。

图1 反应堆与加速器生产放射性同位素原理图

图2 全球用于同位素生产的研究堆分布图

二者的核反应机制决定了其主打核素类型存在本质差异，反应堆以丰中子核素为主，加速器以缺中子核素为主，天然形成互补而非竞争的关系，可根据临床需求、产能布局形成协同，而非此消彼长的替代。为了更直观地理解两者的关系，我们从核反应原理层面进行了对比（见表1）。

表1反应堆与加速器制备医用同位素的核心特征对比

从应用端来看，这种分工更为明确。目前绝大多数医用同位素都有明确的技术路径适配性，形成了纯堆产、纯器产、堆器共产三大类格局，进一步印证了二者的互补属性（见表2）。

表2常见医用同位素的堆/器生产路线分类表

其中，堆器均可生产的同位素，需结合临床需求场景与全生命周期成本做具体分析，也非绝对的竞争关系。整体来看，反应堆与加速器在医用同位素供应体系中各司其职、互为补充，共同构成了覆盖全品类核素的稳定供应网络。

02

加速器生产同位素的技术路径与核心选型逻辑

对于医用同位素的工业化生产而言，设备选型的核心逻辑始终是需求导向与经济性优先，其次要具备优异的全生命周期经济性，兼顾设备购置、长期运维、贵重物料消耗、场地配套等全链条成本；同时还要具备良好的落地适配性，能够快速投产、灵活调整，匹配产业快速发展的产能布局节奏。

结合目前的行业发展特征，设备选型的主要原则包括以下方面：

1、设备方案应与行业发展阶段相匹配。

核药行业当前处于发展前期，技术路线存在较大不确定性，尚无哪种核素在临床上取得显著优势，因此现阶段生产平台的核心需求是在可控成本下保持对多种技术路线的灵活适应能力。随着行业逐步成熟，优势核素品种将趋于集中，对生产平台的核心需求也将转向对特定核素的高效供应。

2、不同的应用场景优势导致多样化需求长期存在。

尽管行业发展成熟后优势核素品种可能集中，但核素多样化特征仍将长期保持。这首先源于α核素与β核素的物理特性差异：β核素（如177Lu）射程较长（0.1–10 mm）、线性能量传递较低，适合治疗弥漫性晚期肿瘤；α核素（如225Ac）射程短（<100 μm）、线性能量传递高，可直接诱导DNA双链断裂，适合清除微小病灶及耐药性肿瘤。此外，随着新适应症与靶点的拓展，导向基类型将从多肽扩展至小分子、抗体等，不同导向基对核素的半衰期及化学修饰特性有不同要求，这进一步维持了核素需求的多样性。因此，在行业成熟期，核素需求虽然相比前期有所集中，但仍会保留相当程度的多样化。

目前主流的加速器技术路线，按照加速器类型可分为回旋加速器、直线加速器（离子与电子）、电子加速器（含花瓣加速器）等；按照核心核反应类型可分为带电粒子核反应与光核作用两大分支：

1、光核反应与离子加速器的选型考虑

基于核反应类型的差异，加速器路线可分为光核反应类电子加速器与带电离子加速器两大分支，二者在核素覆盖、产品品质、产额、经济性等方面存在显著差异，核心对比如下：

表3电子加速器与离子加速器制备医用同位素的核心性能对比

光核反应加速器依靠韧致辐射产生的高能光子诱发核反应（以(γ,n)反应为主），核心优势十分突出：通过控制入射电子能量，可将韧致辐射能谱的上限约束在目标反应阈能附近，有效抑制副反应，生产的同位素纯净度极高；对等某些特定同位素，如225Ac、67Cu，产额有显著优势，典型光核反应加速器一次可生产500mCi及以上的225Ac。

但结合当前产业发展阶段，光核反应路线仍存在一些缺陷：

第一，生产谱系较窄，大部分诊断同位素和²¹¹At等重要治疗核素均无法生产，无法适配当前宽谱系核素的研发与生产需求；

第二，大产额优势在现有需求环境下难以发挥价值。以225Ac为例，单次500mCi产额对应5000-7000剂药物，而目前多数225Ac相关药物仍处于临床阶段，单次生产的核素不太可能在1-2个半衰期内被充分使用，大部分产额实际被浪费。实际上即使进入中早期商业化阶段，单次70-100剂的产能也是更适配市场需求的产额水平；

第三，对贵重靶材的消耗极高。γ光穿透性强，为提升光核反应效率，靶材需做成多层结构，单次生产靶材投料可达克级，以225Ac生产用靶材226Ra为例，其市场价格根据纯度与供应渠道估算约4000-5000万元/g（据行业估算），假设单次生产靶材回收率达90%，单次生产的靶材损耗成本仍达数百万元，在早期商业化阶段，单患者分摊的物料成本极高。

综合来看，光核反应路线在未来应对某种核素的极大规模化（30-50万剂/年）生产的场景时，具备应用可行性，但就现阶段宽谱系+小批量生产的核心需求而言，尚不具备与离子加速器路线竞争的综合适配性，需要和其他技术方案搭配才能发挥最优效果。当然，光核反应路线在67Cu等特定核素的规模化生产及光核裂变路线方面仍有独特优势，随着未来技术成熟和靶材循环利用体系的完善，其在某些细分场景下的竞争力有望提升。

2、带电离子加速器路线的选型考虑

在带电离子加速器领域，回旋加速器一直是医用同位素生产的主流工具，当前行业内也出现了利用直线加速器、同步加速器生产同位素的技术方向。从原理来看，三类设备加速的粒子类型一致，可生产的核素谱系基本重合，三类设备的性能和经济性指标对比如下：

表4不同类型离子加速器制备医用同位素的技术与经济性对比

图3医用同位素加速器制备技术路线全景图

不同的技术路线各有特色，没有绝对的优劣之分。因此设备选型的要点不在于单一技术指标的高下，而在于综合考量场景适配性与使用成本。

从技术指标来看，直线加速器能提供极高的脉冲流强和极低的束流发射度，且脉冲式工作便于精密调控，因此更适用于对瞬态粒子通量和束流品质有严苛要求的大型科学装置。而在同位素生产中，在目前常用的固体靶技术下，靶件的热负荷承载能力对可用束流强度存在限制。对于短半衰期核素的生产，较高的流强仍有显著意义；但对于半衰期在数天及以上的α治疗核素，流强的边际收益在达到一定阈值后显著下降；同步加速器虽然的发射度较好，可将束流聚焦至小尺寸靶件，提高单位面积上的反应效率，但平均流强较低。

从成本和风险的角度来说，医用同位素生产行业重资产投入的特征十分明显，杠杆风险较高。当前核药产业仍处于发展早期，考虑到核药开发的临床周期，同位素需求的规模化放量仍需5-7年时间。因此降低初始投入、控制投资风险是设备选型的核心考虑要素。而成本控制主要围绕三大核心维度展开：

第一，加速器装备本身的造价投入是核心。中高能加速器单台成本多在亿元以上，选择造价更低的设备，是降低投资风险最直接有效的手段；

第二，土建与屏蔽配套成本。加速器作为射线装置，运营需配套专业屏蔽防护工程，屏蔽工程投入通常占生产设施土建成本的30%~50%左右（视设备能量与现场条件而定），而设备尺寸直接决定了屏蔽工程的规模，体积小巧的设备可大幅降低配套投入；

第三，全生命周期运维成本。商业化加速器设备的年度维保服务费用，通常为设备售价的8%-10%，更低的初始设备投入，长期看对应更低廉的运营成本。

综上，在当前产业发展阶段，回旋加速器是最符合工业化生产标准的技术路线。它的束流和能量已充分满足同位素生产需求，核素覆盖种类最多，诊断与治疗全品类均可生产。同时，回旋加速器的离子束流穿深浅，靶材等贵重物料投放量最少；设备购置与运维成本显著低于直线加速器和同步加速器，且体积小、重量轻，屏蔽与场地配套成本更低，安装投产周期更短。综合来看，它是当前医用同位素工业化生产中适配性最优的路线。

3、回旋加速器的能量分级与选型考虑

在回旋加速器技术分支内部，能量等级是决定其能力与应用定位的核心参数。然而，就目前临床所需的医用同位素谱系而言，30-35MeV与更高能量机型在可生产的核素种类覆盖面上无显著差异，差异主要体现在单位时间产额上。更高能量带来的实际变化，主要体现在核素产额的提升上。因此，能量选型的要点不在于片面追求更高的产额，而在于产额与当前产业需求的精准匹配以及投资经济性的合理平衡。

从需求侧看，当前核药产业仍处于发展早期，同位素需求的规模化放量仍需5–7年时间。在这一阶段，供应的核心要求是覆盖足够广的核素品种，满足研发与小批量生产，而非追求单品种的极限产能。30–35 MeV多粒子回旋加速器的产额已经能够充分响应上述需求，更高能量机型即便可将产额提升数倍乃至十倍以上，不仅会产生额外杂质，而且在现阶段有限的需求规模下，反而会造成严重的产能闲置与资源浪费。

从投资与工程侧看，加速器造价、土建屏蔽和运维成本随能量提升呈指数级增长。一台50–100 MeV回旋加速器的投资约为30–35 MeV机型的2~4倍，占地面积和配套要求显著提高；100 MeV以上机型投资超过5亿元，场地需求逾千平方米，建设周期长达3年以上。如此高昂的初始投入和漫长的建设周期，与产业发展初期“降低初始投入、控制投资风险”的核心逻辑背道而驰。

综合以上两点，可将不同能量等级回旋加速器的定位重新梳理如下:

表5回旋加速器按能量和生产能力分级对照表

基于以上分析可以明确：30–35 MeV多粒子回旋加速器，在核素广谱性、产物纯度和靶材消耗等方面与更高能量机型处于同一水平，其产额已经充分的满足当前和未来数年内的诊疗一体化研发与区域供应的现实需求。更高能量机型仅提供1-2种同位素品类增加，产额方面明显过剩，却要求承担成倍增加的设备、土建和运维成本。因此，30–35 MeV回旋加速器是综合应用场景适配、投资风险控制和全生命周期成本之后的最优能量选择，契合当前产业发展阶段对“经济性、广谱性与需求精准匹配”的核心要求。

03

需求驱动下的国产力量崛起

任何高端装备的迭代，本质上都是需求驱动的结果。在2020年之前，全球核医学产业仍以诊断类核素应用为主，治疗性同位素的临床需求尚未规模化释放，对应的中高能回旋加速器市场规模极小。据国际原子能机构（IAEA）发布的全球医用回旋加速器设施现状报告显示，截至2020年底，全球范围内可稳定运行、用于医用同位素生产的商业运行30MeV级回旋加速器总量为35台（不包括纯科研用途），且绝大多数集中于欧美发达国家的科研机构，尚未进入工业化量产阶段。

表6 全球用于医用同位素生产的30MeV级回旋加速器分布（2020年）

随着诊疗一体化理念的落地，211At、225Ac等α核素的临床潜力被迅速证实，需求在短短数年内快速增长。但长期以来，30MeV及以上中高能回旋加速器的核心技术与制造能力，被比利时IBA、日本住友重机械等少数海外厂商垄断，其制造业产能高度集中，扩产弹性极低，面对全球范围内突然爆发的需求，出现了严重的交付能力不足、交付周期大幅拉长的问题，部分机型的交付周期甚至从原本的2年拉长至5年以上，难以匹配全球核药产业快速发展的节奏。

正是在这一供需缺口的窗口期，国产力量迅速崛起。得益于中国强大的制造业基础与完整的供应链体系，以四川玖谊源为代表的国内团队在底层物理设计、工程化落地与量产能力上实现了全面突破，快速完成了30MeV级多粒子回旋加速器的自主研发、定型与规模化量产，并已经在开发多种30MeV的专用机。

相较于海外厂商，国产30MeV加速器不仅实现了核心技术指标的全面对标，更在交付能力、定制化服务、本土化创新上实现了超越：交付周期可控制在6～12个月，仅为海外厂商的1/4～1/3；可根据国内核药企业的生产需求提供定制化的靶站、束流设计与产线适配；本土化的运维服务可实现7×24小时响应，大幅降低设备的非计划停机时间，能够适配国内核药产业快速扩张的产能需求。

从过去完全依赖进口，到如今国产设备在国内市场实现与海外品牌同台竞技，甚至逐步走向海外市场，中国的30MeV加速器产业，正在完成从技术引进方到技术与设备输出方的历史性跨越。国产30MeV加速器的快速验证与装机，不仅解决了国内核药产业链的“卡脖子”问题，更开始反向输出至“一带一路”沿线国家，标志着中国在该领域从“技术引进方”向“技术与设备输出方”的历史性跨越，形成了从加速器装备到核素生产、再到核药研发与临床转化的完整产业链闭环。

04

产业发展趋势与未来展望

从全球核药产业的发展规律来看，当前的多元化核素创新爆发期，最终会经过临床验证的大浪淘沙，实现需求与供应的双向收敛。未来，临床端的核素需求将从当前的“宽谱系全覆盖”，逐步向“少数优势核素规模化应用+多品种特色核素差异化补充”的格局演进，宽谱系覆盖不再是设备选型的唯一核心指标，但核素生产的可变性与柔性能力，依然是适配产业需求变化的核心能力。

基于这一需求演变趋势，未来医用加速器产业将呈现三个核心趋势，形成“需求驱动技术、技术定义标准、标准决定市场格局”的完整逻辑闭环：

1、技术路线形成“多能通用型+专能定制化”双轨并行格局

随着优势核素的规模化临床应用，针对特定核素、特定场景的专能定制化加速器将成为重要发展方向，通过特化设计实现生产效率与成本控制的最优化，适配核素规模化量产的需求。当前市场已出现相关实践，IBA已官宣专门用于生产211At的α核素专用加速器，正是这一趋势的直接体现。值得关注的是，玖谊源自主研发的30 MeV多粒子强流回旋加速器，凭借可变能量设计、多粒子兼容能力和紧凑结构，恰好为这种专能化趋势提供了成熟的技术基座——它既具备覆盖诊断与治疗核素的广谱生产能力，又可通过靶站与束流线的灵活定制，快速衍生出针对α核素的高效专用生产方案，在当前产业化窗口期兼顾了现实供给与未来升级的双重需求。

而专能型加速器将与原有的多能型加速器互为补充，分别适配不同同位素生产场景的需求。

2、核心竞争优势将基于加速器“底层物理设计”能力

同位素生产需求将随核药发展持续演变。从多能通用转向专能定制，只是当前可预见的方向之一，未来必然还会涌现出更多我们目前无法预判的全新需求。因此，企业真正的核心竞争力，不在于对特定机型的跟随，而在于是否掌握电磁场设计、束流动力学等底层物理能力。只有抓住了根本，才能在需求变化时，迅速将底层积累转化为新型号设备，以最短周期和最优方案完成响应。仅靠集成者，极易在产业迭代中被淘汰。竞争壁垒从“设备集成”回归“底层物理设计”，本质是掌握了持续创造加速器、而非仅仅制造一台加速器的能力——这才是洗牌周期中真正的绝对优势。

3、国产力量从“交付与服务优势”向“创新引领”持续进化

在这一发展浪潮中，中国企业的优势将从“交付快、服务好”进一步升级为“创新引领”。通过深耕底层物理设计，结合国内强大的工程化能力，国产加速器有望在下一代多能谱紧凑型加速器、超高流强α核素专用加速器等方向上实现全球首创，真正实现从“对标超越”到“行业卓越”的跨越。

图4 未来医用加速器产业核心趋势

与此同时，国产设备的规模化应用，将推动国内医用加速器行业标准的建立与完善，而行业标准的制定与输出，将直接决定企业在全球市场中的核心格局，推动中国从设备进口国转变为技术与标准输出国。

05

结语

从反应堆与加速器的天然互补，到离子加速器与光核反应路径的经济性权衡；从回旋加速器内部能量分级的精准论证，到国产装备在产业化窗口期的群体崛起，再到“多能通用＋专能定制”双轨并行的未来趋势——本文的系统梳理表明，医用同位素生产设备的选型从来不是单一指标的竞赛，而是在产业节奏、需求规模与经济可行性之间寻求动态平衡。

在这一平衡中，30 MeV级多粒子回旋加速器以广谱的核素覆盖、与现阶段需求高度适配的产额以及可控的全生命周期成本，正成为连接研发创新与区域供应的关键节点。以四川玖谊源30MeV回旋加速器为代表的国产核心装备，是医用同位素产业国产化突破的关键支点；并且玖谊源具备的全谱系的加速器自主设计能力，更是产业持续发展的底层根基。

图5 玖谊源全谱系加速器产品（玖源-7、玖源-11、玖源-20、玖源-30）

然而，加速器仅是同位素生产的起点。要利用束流生产合规的药品级核素，必须打通从靶件制备、分离提纯到质量控制的完整链条。面对日益增长的需求，构建覆盖工业与医院场景的全流程生产方案，已成为保障同位素供应链可靠性的核心议题。下一期，我们将深入剖析这一工艺全流程。

参考文献

[1]八部门联合发布.《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》.2021.

[2]张天爵等.中高能回旋加速器及固体靶生产医用放射性核素技术研究[J].中华核医学与分子影像杂志,2022.

[3] Schmor P. Review of Cyclotrons for the Production of Radioactive Isotopes for Medical and Industrial Applications [J]. Reviews of Accelerator Science and Technology, 2011.

[4] IAEA. Cyclotron Produced Radionuclides: Physical Characteristics and Production Methods [J]. Technical Reports Series No.468, 2009.

[5]Haji-Saeid M, etal. Cyclotron Produced Radionuclides: Principles and Practice [M]. 2008.

[6]刘鹏等.医用放射性同位素制备的现状与展望[J].同位素,2024.

[7]四川省人民政府.《关于促进核医疗产业高质量发展的意见》.2024.

[8]光明日报.医用同位素量产示范装置建设取得新进展.2026-03-04.

[9]乐山市人民政府.国内首个75MeV加速器医用同位素基地落地乐山.2025-12-29.

[10]绵阳科技城.国内首台具有自主知识产权的大功率花瓣加速器研制成功.2022-11-18.

[11]中国新闻网.中国团队成功研发建立可同步制备镭-223和锕-225自动化分离系统.2024-09-15.

[12] IAEA. Alternative Radionuclide Production with a Cyclotron. 2021.

[13] Cazzola E, Favaretto C, Gorgoni G. Cyclotron Radioisotope Production: Developments and Challenges in the New Era. Automated Technologies for the Development and Production of Radiopharmaceuticals. Springer, 2025.

[14] Wang Y, Chen D, Augusto R D S, Liang J, Qin Z, Liu J, Liu Z. Production Review of Accelerator-Based Medical Isotopes. Molecules. 2022Aug19; 27(16):5294. doi:10.3390/molecules27165294.

[15] RRDB. https://nucleus.iaea.org/rrdb/#/reports/utilization-report/isotopeProduction.

[16] Cyclotrons used for Radionuclide Production. Nucleus. https://nucleus.iaea.org/sites/accelerators.