封面新闻记者 边雪
在浙江省北部杭嘉湖平原，坐落着中国核电机组数量最多、堆型最丰富的核电基地——秦山核电，东临杭州湾，9台运行机组正在有序运行。
除了发电，它们还肩负着一个重任。
“碳-14辐照生产靶件开始出堆！”4月20日13时48分，随着一声令下，碳-14靶件从中核集团旗下中国核电投资控股的秦山核电重水堆机组中成功抽出，这是我国首次利用核电商用堆批量生产碳-14同位素，中国也从此彻底破解了国内碳-14同位素依赖进口的难题，实现碳-14供应全面国产化。
这也是秦山核电同位素生产基地建设的首个医用同位素生产项目，更是我国医用同位素生产方面的重大突破。封面新闻记者在现场获悉，本次碳-14靶件完成出堆后，经后端处理后将于2024年底开始向市场供货，产量可充分满足国内需求，将有力带动我国同位素应用产业链发展，进一步建立健全产学研合作开展商用堆辐照生产同位素的研发体系，助推和牵引下游医疗企业高新型核药和核医疗产业研发，为国内同位素应用产业发展提供有力支撑。
碳-14辐照生产靶件出堆。（中核集团供图）
碳-14与我们生活有何关联？
作为碳元素的一种具有放射性的同位素，碳-14与通常说的“碳”不同。常见的石墨、钻石等，一般指碳-12，包含6个质子和6个中子，而碳-14的原子核中含有6个质子和8个中子。
碳-14同位素广泛应用于农业、化学、医学、生物学等领域，具有极高的医用价值和科研价值，主要应用包括幽门螺杆菌检测、药代动力学研究、β射线环境监测系统等。
此前，我国碳-14供应几乎全部依赖进口，价格昂贵且供应得不到保障，供应紧缺已经严重制约下游产业发展。
碳-14作为示踪剂，具有方法简单、易于追踪、毒性小、准确性和灵敏性高等特点，在研究物质分布、揭示反应机理、阐明迁移过程、医学临床诊断等方面扮演着重要的角色。
在科学研究中，碳-14有着广泛的应用。在医学诊断方面，碳-14可用于幽门螺旋杆菌检测、药代动力学研究，在环境监测领域，用于测量空气中的颗粒物浓度，如PM10、PM2.5。此外，在农业、化学、生物学等领域作为示踪剂，用于研究药代动力学、化学反应动力学、农药残留等。
“在自然界中，碳-14往往通过宇宙射线与大气中的氮原子相互作用产生。”秦山核电专项工程处重水堆研发科副科长樊申告诉封面新闻记者，在现代工业中，碳-14的生产主要通过核反应堆中的中子辐照或高能加速器产生的中子束与含氮物质反应来制备，从而满足科研和工业生产的需求。
为何用商用堆生产碳-14？
秦山核电依托其重水堆机组生产碳-14，主要是通过将特定的靶件放入重水堆中进行中子辐照。靶件在重水堆中经过一定时间的辐照后，其中的碳原子会吸收中子转化为碳-14。
秦山核电站。（封面新闻记者 边雪 拍摄）
为什么要选择重水堆生产碳-14？
“重水堆机组中子通量高，这使得它成为生产碳-14的理想选择。与目前生产碳-14主要依靠研究堆相比，秦山核电重水堆机组长期保持高功率稳定运行，可靠性高，可以保证放射性核素的稳定供应和安全生产，生产成本也比较低。”中核集团首席技师戚宏昶告诉封面新闻记者。
秦山核电碳-14研发生产项目于2019年开始进行可行性论证，2020年12月正式启动，经秦山核电、上海核工程研究设计院股份有限公司、中核北方核燃料元件有限公司等3家单位共同努力，仅用一年多时间完成靶件设计、方案论证、核安全审评、靶件研制等工作，取得一系列创新成果，2021年4月11日取得入堆许可，4月21日完成靶件组装、具备入堆条件。2022年4月26日，首批靶件获批入堆。今年4月20日，首批靶件出堆，产量满足国内需求。
“整个材料的安装环境，实际上三维图上看，觉得应该还是比较容易的，但实际上，我们整个操作只能在平台上，平台以下的所有的地方是看不见摸不着，所有的安装测量全部都是一个盲装的状态。”当被问及在项目施工过程中有什么难点，戚宏昶表示，现场安装环境复杂是其中之一。整个安装过程中，辐射防护的压力也比较大，团队研发了几十种安装工具，还有一些操作平台，然后经过三维模拟和实际操作模拟，来验证这些工具的可靠性。“我们也是做了一个很大的安装平台，然后做一些无损的安装，用了几十种工具，安装前我们也会做很多精确的测量，确定它的同轴度高度内径等一些尺寸，然后来确保我们安装到位。”
在核反应堆中生产同位素，能保证其运行安全吗？
据中国核电学术带头人、秦山核电专项工程处高级主任工程师李厚文介绍，秦山核电在方案设计时以反应堆安全稳定运行为根本原则，确保碳-14辐照生产不会影响反应堆安全。
“在碳-14生产过程中采取了严格的安全措施，包括建立完善的安全管理制度和操作规程，加强设备维护和检修，确保生产设备的稳定性和可靠性；同时，秦山核电加强对生产过程的监控和检测，及时发现和处理潜在的安全隐患。”李厚文说。
打破同位素100%进口的困局
封面新闻记者注意到，2021年6月，国家八部委联合发布的《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》中，曾对我国建立稳定自主的医用同位素供应保障体系，加快医用同位素及产业发展提出了具体要求。
我国唯一的重水堆机组“秦三厂”（中核集团供图）
医用同位素是核医学诊疗的物质基础，利用其独特优势进行诊断治疗，是提高人民健康水平不可或缺的重要手段，推动医用同位素高质量发展对于推动健康中国建设意义重大。
“实现碳-14医用同位素自主供应，事关‘健康中国’战略。利用商用重水堆辐照生产碳-14，是秦山核电同位素生产基地建设的首个医用同位素项目。”中国秦山同位素有限公司总经理黄国炤告诉封面新闻记者，因此，秦山核电碳-14生产的成功实现，对于国内同位素应用产业链的发展具有重要意义。
黄国炤直言，此前我国碳-14几乎完全依赖进口。这是全球首次实现利用商用堆生产碳-14放射性同位素，也是我国首次实现碳-14批量化生产，将彻底解决国内碳-14同位素自主供给严重短缺问题。
不止于此，碳-14项目的成功实施也为后续其他同位素项目推进积累了宝贵经验，增强了建设同位素生产基地的信心，同时为国内同位素应用产业链的发展提供了有力支撑和推动，促进了相关产业的繁荣和发展。
“立足国家战略、紧跟集团步伐、发挥机组优势、推进科技创新，秦山核电明确建设‘同位素生产基地’，积极带动同位素应用产业链发展。”黄国炤告诉封面新闻记者，到2024年，在已有工业钴-60、医用钴-60、碳-14等核素生产之外，秦山核电还可建成钇-90、镥-177、锶-89等核素生产能力，产能有望满足国内需求，为助力“健康中国”建设、增进人民福祉作出秦山核电新的更大贡献。
“这次大修中，我们除了出堆碳-14外，还正在进行同位素批量化辐照生产装置的安装，通过该装置，可实现常用医用同位素钇-90、镥-177、锶-89等的批量化生产，产能足够满足国内需求。”黄国炤告诉封面新闻记者，待下半年中核秦山同位素有限公司的分离提取生产线建设完成后，即可形成稳定的放射性同位素供应。
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