纵观核科学的发展史，人类走出了一条从理论、原理、示范再到应用的完整链条的路子：首先是通过研究原子核的性质，掌握探测方法，得到核物理的规律；而后是利用核物理规律，开发新型核能源，保障核能技术安全；同时利用新探测手段，开发核技术应用领域。而核科学发展到了今天，核物理向纵深发展，技术应用也向广度发展，正孕育着诸多重大的突破。作为交叉学科的核天体物理研究，也将回答元素合成的关键问题，产生高水平的探测和加速器技术。更令人兴奋的是，新技术和新方案也将促进核技术发展的井喷，催生医学和工业应用的新方向。
核科学的“广、奇、用”
从卢瑟福1911年发现原子核开始，人类从利用放射性到研发加速器，研究手段逐步深化，已经掌握了质子和中子组成的原子核的结构和性质。当下，核科学的拓展范围，正朝着“广、奇、用”三个方面发展。
所谓广，就是派生出了像核天体物理这样的交叉学科，它利用核科学在研究天体物理现象和早期宇宙的状态中发挥的重要作用，回答了诸如宇宙是如何演化的和世界上的物质是如何形成的这些基本问题。
所谓奇，就是传统稳定核素的原子核物理向放射性核束物理发展，重点研究在高温、高密、高自旋和高同位旋等极端条件下的核物理性质。
所谓用，则是核技术应用领域得到了很大拓展，像核医学、核能、国家安全领域等，核技术应用已逐步成熟。利用核能相对化石能源能高出百万倍的放能方式，核裂变已为人类提供了五分之一的电能，未来，核聚变将成为我们获得能量的重要方式，届时人们将重现太阳内部的能量产生。
万物演化中的核物理
现有的核物理知识主要是通过研究不到300个稳定核素建立起来的，但目前人类已合成了近3000个不稳定核素，今天的核物理规律对理论预言的总数为8000多个远离稳定线的核素是否适用还有待进一步探讨，而放射性束流的产生和应用，为开展远离稳定线的核素和核天体物理研究打下了基础。核天体物理作为研究前沿之一，它是核物理与天体物理的学科交叉。由此我们可以知道，从137亿年前大爆炸的一个点演化到今天的宇宙，核过程起了关键的作用，这些过程决定了恒星演化的命运，演化到今天世界，形成了我们所知的万物。
目前，我国的两大核物理研究基地是中国原子能科学研究院的串列加速器国家实验室和中国科学院的兰州重离子加速器国家实验室，展望未来，可以说，我国基本形成了大科学工程路线图。
火热的核技术应用现状
核技术应用，按技术可以分成四类：靠能量释放的，是核能应用；采用固定粒子和能量的，是放射性应用；采用可变粒子和能量的，是加速器应用；还有采用天然中微子和宇宙线的应用。
第一类的能源开发，提供了当下世界上占发电量19％的核电应用。值得留意的是，我国目前的核电比例不到2%，可以预见其会有很好的发展潜力，而核数据的测量与评价为核装置的设计提供了基础。
第二类的放射性同位素应用，已经获得比较广泛的使用。
在医学上，已有CT、PET、MRI、粒子束等治疗方法。在国家安全方面，有机场安全设备装置、大型 X 射线和中子扫描仪、军备控制与防扩散等。其他应用如矿井探测、空间辐射健康效应、食品灭菌等也在进一步的拓展中。
在分析技术方面，包括活化分析、加速器质谱法、原子阱示踪分析、法医剂量测定法、质子诱发X 射线发射、卢瑟福背散射、离子诱发二次离子发射等。
在环境应用方面，有气候变化监测、污染控制、地下水监测、海洋流监测、放射性废物焚烧等。
在材料检验和改性方面，有示踪同位素分析、离子注入、表面改性、高温自由电子激光器、冷中子和超冷中子、元器件单粒子效应、微孔过滤器等。
第三类是加速器的应用。目前，加速器研发向高强、高能和经济性发展。医用回旋加速器用于生产锝-99m，同时用相关的核技术进行元素和分子成像。
一是利用同步辐射、中子、离子和电子束开展材料的实时性能研究，有助于解决目前应用于能源领域的相关材料的研究和技术挑战。加速高能带电粒子有助于开发新材料，以及嬗变长寿命核素，可以用于模拟辐照损伤。此外，通过电子束和X-射线技术应用进行食品辐照可以加强食品安全，保障全球粮食安全供应。
近年来值得关注的是，高能带电粒子治癌开始兴起，粒子治疗得到快速发展，尤其是质子束治疗和碳离子束治疗，其特点是在对肿瘤提供一个准确的辐照剂量时，对肿瘤周围的正常组织损伤最小。
在美国，1700台强流电子加速器通过辐射改性应用已产生数百亿美元的价值。在我国，相关研究院校也开发了集装箱、放射性和爆炸物检测，用于奥运会、世博会和海关检测等。在利用研究型反应堆和同步辐射光源方面，我国还开展了中子散射和同步辐射研究，用于材料和生命科学探索。此外，核能除用于电站之外，由于其巨大的能量密度，其用于空间和可移动的能源前景也是很可期的，如同位素电池和核反应堆电源可以用于月球和太阳系行星的探测。
未来20年核物理研究和应用展望
未来20年，核物理将得到更大的发展：通过更先进的不稳定核装置的建立，人们将可以了解r过程的场所。反应堆和加速器结合将具备高强丰中子束流的研究平台，为了解中子滴线的位置提供条件；通过核结构和核物质状态方程的研究，将了解中子星的形成条件和中子滴线的新作用；通过新的反应机制和丰中子的炮弹，将了解超重核的位置并找到超重岛；通过对关联和多体核力的研究，将弄清结团和多体现象，从而形成结构和反应统一的核理论。
未来20年，核技术应用也将得到更大发展：随着加速器成本的降低，医院用户将可以按需求自己生产放射性药物；随着核探测器的小型化和多样化，核技术将在PM2.5的检测中发挥主力作用；重离子加速器在经济性和稳定性的发展，使得核子治癌的范围将超过放疗；核装置的小型化和轻量化，使核能和衰变能的移动和外空应用常态化；大规模的阵列探测器和数据处理的发展，将使中微子探针用于国民经济和国家安全，宇宙射线探针将用于核探测；利用激光产生的极高的电场梯度加速，桌面加速器将开始商用化……
核能在我国的发展，将对我国的核基础研究产生巨大的影响，而核基础研究的成果，必将为核燃料循环提供更多的解决方案，这种互动也将成为我国新时期的科技创新动力，相信核物理基础研究及核技术应用的明天会更加广阔和美好。（柳卫平）
