首批碳-14成功出堆！這個同位素與你我息息相關｜科技有狠活
封面新聞記者 邊雪
在浙江省北部杭嘉湖平原，坐落着中國核電機組數量最多、堆型最豐富的核電基地——秦山核電，東臨杭州灣，9台運作機組正在有序運作。
除了發電，它們還肩負着一個重任。
“碳-14輻照生産靶件開始出堆！”4月20日13時48分，随着一聲令下，碳-14靶件從中核集團旗下中國核電投資控股的秦山核電重水堆機組中成功抽出，這是大陸首次利用核電商用堆批量生産碳-14同位素，中國也從此徹底破解了國内碳-14同位素依賴進口的難題，實作碳-14供應全面國産化。
這也是秦山核電同位素生産基地建設的首個醫用同位素生産項目，更是大陸醫用同位素生産方面的重大突破。封面新聞記者在現場獲悉，本次碳-14靶件完成出堆後，經後端處理後将于2024年底開始向市場供貨，産量可充分滿足國内需求，将有力帶動大陸同位素應用産業鍊發展，進一步建立健全産學研合作開展商用堆輻照生産同位素的研發體系，助推和牽引下遊醫療企業高新型核藥和核醫療産業研發，為國内同位素應用産業發展提供有力支撐。
碳-14輻照生産靶件出堆。（中核集團供圖）
碳-14與我們生活有何關聯？
作為碳元素的一種具有放射性的同位素，碳-14與通常說的“碳”不同。常見的石墨、鑽石等，一般指碳-12，包含6個質子和6個中子，而碳-14的原子核中含有6個質子和8個中子。
碳-14同位素廣泛應用于農業、化學、醫學、生物學等領域，具有極高的醫用價值和科研價值，主要應用包括幽門螺杆菌檢測、藥代動力學研究、β射線環境監測系統等。
此前，大陸碳-14供應幾乎全部依賴進口，價格昂貴且供應得不到保障，供應緊缺已經嚴重制約下遊産業發展。
碳-14作為示蹤劑，具有方法簡單、易于追蹤、毒性小、準确性和靈敏性高等特點，在研究物質分布、揭示反應機理、闡明遷移過程、醫學臨床診斷等方面扮演着重要的角色。
在科學研究中，碳-14有着廣泛的應用。在醫學診斷方面，碳-14可用于幽門螺旋杆菌檢測、藥代動力學研究，在環境監測領域，用于測量空氣中的顆粒物濃度，如PM10、PM2.5。此外，在農業、化學、生物學等領域作為示蹤劑，用于研究藥代動力學、化學反應動力學、農藥殘留等。
“在自然界中，碳-14往往通過宇宙射線與大氣中的氮原子互相作用産生。”秦山核電專項工程處重水堆研發科副科長樊申告訴封面新聞記者，在現代工業中，碳-14的生産主要通過核反應堆中的中子輻照或高能加速器産生的中子束與含氮物質反應來制備，進而滿足科研和工業生産的需求。
為何用商用堆生産碳-14？
秦山核電依托其重水堆機組生産碳-14，主要是通過将特定的靶件放入重水堆中進行中子輻照。靶件在重水堆中經過一定時間的輻照後，其中的碳原子會吸收中子轉化為碳-14。
秦山核電站。（封面新聞記者邊雪拍攝）
為什麼要選擇重水堆生産碳-14？
“重水堆機組中子通量高，這使得它成為生産碳-14的理想選擇。與目前生産碳-14主要依靠研究堆相比，秦山核電重水堆機組長期保持高功率穩定運作，可靠性高，可以保證放射性核素的穩定供應和安全生産，生産成本也比較低。”中核集團首席技師戚宏昶告訴封面新聞記者。
秦山核電碳-14研發生産項目于2019年開始進行可行性論證，2020年12月正式啟動，經秦山核電、上海核工程研究設計院股份有限公司、中核北方核燃料元件有限公司等3家機關共同努力，僅用一年多時間完成靶件設計、方案論證、核安全審評、靶件研制等工作，取得一系列創新成果，2021年4月11日取得入堆許可，4月21日完成靶件組裝、具備入堆條件。2022年4月26日，首批靶件獲批入堆。今年4月20日，首批靶件出堆，産量滿足國内需求。
“整個材料的安裝環境，實際上三維圖上看，覺得應該還是比較容易的，但實際上，我們整個操作隻能在平台上，平台以下的所有的地方是看不見摸不着，所有的安裝測量全部都是一個盲裝的狀态。”當被問及在項目施工過程中有什麼難點，戚宏昶表示，現場安裝環境複雜是其中之一。整個安裝過程中，輻射防護的壓力也比較大，團隊研發了幾十種安裝工具，還有一些操作平台，然後經過三維模拟和實際操作模拟，來驗證這些工具的可靠性。“我們也是做了一個很大的安裝平台，然後做一些無損的安裝，用了幾十種工具，安裝前我們也會做很多精确的測量，确定它的同軸度高度内徑等一些尺寸，然後來確定我們安裝到位。”
在核反應堆中生産同位素，能保證其運作安全嗎？
據中國核電學術帶頭人、秦山核電專項工程處進階主任工程師李厚文介紹，秦山核電在方案設計時以反應堆安全穩定運作為根本原則，確定碳-14輻照生産不會影響反應堆安全。
“在碳-14生産過程中采取了嚴格的安全措施，包括建立完善的安全管理制度和操作規程，加強裝置維護和檢修，確定生産裝置的穩定性和可靠性；同時，秦山核電加強對生産過程的監控和檢測，及時發現和處理潛在的安全隐患。”李厚文說。
打破同位素100%進口的困局
封面新聞記者注意到，2021年6月，國家八部委聯合釋出的《醫用同位素中長期發展規劃（2021-2035年）》中，曾對大陸建立穩定自主的醫用同位素供應保障體系，加快醫用同位素及産業發展提出了具體要求。
大陸唯一的重水堆機組“秦三廠”（中核集團供圖）
醫用同位素是核醫學診療的物質基礎，利用其獨特優勢進行診斷治療，是提高人民健康水準不可或缺的重要手段，推動醫用同位素高品質發展對于推動健康中國建設意義重大。
“實作碳-14醫用同位素自主供應，事關‘健康中國’戰略。利用商用重水堆輻照生産碳-14，是秦山核電同位素生産基地建設的首個醫用同位素項目。”中國秦山同位素有限公司總經理黃國炤告訴封面新聞記者，是以，秦山核電碳-14生産的成功實作，對于國内同位素應用産業鍊的發展具有重要意義。
黃國炤直言，此前大陸碳-14幾乎完全依賴進口。這是全球首次實作利用商用堆生産碳-14放射性同位素，也是大陸首次實作碳-14批量化生産，将徹底解決國内碳-14同位素自主供給嚴重短缺問題。
不止于此，碳-14項目的成功實施也為後續其他同位素項目推進積累了寶貴經驗，增強了建設同位素生産基地的信心，同時為國内同位素應用産業鍊的發展提供了有力支撐和推動，促進了相關産業的繁榮和發展。
“立足國家戰略、緊跟集團步伐、發揮機組優勢、推進科技創新，秦山核電明确建設‘同位素生産基地’，積極帶動同位素應用産業鍊發展。”黃國炤告訴封面新聞記者，到2024年，在已有工業钴-60、醫用钴-60、碳-14等核素生産之外，秦山核電還可建成钇-90、镥-177、锶-89等核素生産能力，産能有望滿足國内需求，為助力“健康中國”建設、增進人民福祉作出秦山核電新的更大貢獻。
“這次大修中，我們除了出堆碳-14外，還正在進行同位素批量化輻照生産裝置的安裝，通過該裝置，可實作常用醫用同位素钇-90、镥-177、锶-89等的批量化生産，産能足夠滿足國内需求。”黃國炤告訴封面新聞記者，待下半年中核秦山同位素有限公司的分離提取生産線建設完成後，即可形成穩定的放射性同位素供應。