背靠秦山，面朝東海，藍天白云下，秦山核電兩臺商用重水堆機組靜靜佇立。幾天前，完成輻照的碳-14靶件從這里成功出堆，標志著我國首次實現(xiàn)核電商用堆批量生產碳-14同位素。

碳-14、重水堆、靶件、同位素……晦澀的專業(yè)術語背后，是一場耗時近五年的技術攻堅戰(zhàn)。批量生產的碳-14，不僅能讓我國徹底擺脫進口依賴，還能為醫(yī)藥、生物等產業(yè)發(fā)展帶來更大的想象空間。

日前，記者走進位于浙江嘉興海鹽的秦山核電，探究這看不見摸不著的碳-14是怎么生產出來的，又將如何振動隱形的翅膀，攪動更廣闊的市場，觸達我們平凡的日常。

出堆后的碳-14靶件存放在水池中，散發(fā)出輻射的藍光。秦山核電 供圖

放射性同位素碳-14

就像微觀世界的“北斗導航”

吃下一顆碳-14尿素膠囊，用一支吹氣管朝一小瓶紫紅色的藥水吹氣，僅僅通過這樣簡單的方式，你就可以確定自己是否感染了幽門螺桿菌。

這是一項不起眼的基礎體檢項目，碳-14是其中的關鍵。多年來，用來測定這一口“氣”的碳-14，都是依賴進口。

要深入了解碳-14，需先從地球上廣泛存在的碳元素說起。煤炭、金剛石、石墨烯等，本質上都由碳原子構成。

在原子結構層面，碳元素有著多個同位素“兄弟”，它們質子數(shù)相同、中子數(shù)不同。例如，構成石墨、鉆石等物質的碳-12與碳-14都有著6個質子，但前者中子數(shù)為6個，后者的中子數(shù)則為8個。

微觀結構的不同，決定了它們性能的差異。如，碳-12結構穩(wěn)定、自然界中含量最多。碳-14則具有微弱的放射性，且半衰期為5730年。這意味著，一旦碳-14產生，5730年之后，它的放射性強度才會衰減一半。

利用碳-14的放射性及半衰期長等特性，人類可以把它廣泛作為示蹤劑使用，就像微觀世界的“北斗導航”

例如，在新藥開發(fā)過程中，當碳-14“標記”到新藥化合物中，通過追蹤它的影跡，科研人員就可以了解新藥物的吸收、分布、代謝等情況，從而完成藥代動力學研究。

又如，在考古領域，科研人員可以利用碳化文物上碳-14半衰期特性，計算得出了文物的“年齡”。在備受關注的三星堆遺址，通過碳十四測定發(fā)現(xiàn)，多個祭祀坑形成年代處于商代晚期，并且形成時間大致相當。

“除了以上，碳-14還可以用于測量空氣中的顆粒物濃度、確定農藥殘留等，國內市場現(xiàn)實需求和應用潛力都很大?！?秦山核電專項工程處重水堆研發(fā)科副科長樊申說。

樊申介紹，以幽門螺桿菌檢測為例，目前，中國每年對這項檢測中使用的碳-14需求量約為40居里（居里，計量單位，指元素單位時間內發(fā)生衰變的原子核數(shù)）。但此前，我國碳-14僅僅在實驗堆上生產過幾個居里。

“如果能啃下自主生產這塊‘硬骨頭’，對核能綜合利用、產業(yè)發(fā)展和我國核醫(yī)療事業(yè)進步都將是強勁推力?！痹诜暄壑?，這就是他們選擇“破壁”的原動力。

秦山核電廠區(qū)全景 秦山核電 供圖

“對新技術很謹慎”的核電

從零開始種下碳-14的種子

碳-14實現(xiàn)自主量產，可以追溯到2019年。

彼時的秦山核電，已有9臺穩(wěn)定運行的機組，年發(fā)電量約520億千瓦時。產能逼近天花板的同時，秦山如何繼續(xù)發(fā)展，進一步拉動地方經濟，成為了擺在中國核電、秦山核電和浙江海鹽地方領導面前的一道開放題。

碳-14，被圈進了答案范圍。2019年9月，量產放射性同位素的可行性研究啟動，樊申是項目組成員之一。

在核電站，安全二字壓倒一切，“從安全層面來講，核電站是對新技術很謹慎的?！狈暾f，正因為此，生產方案的前期論證和安全分析至關重要。

形象一點解釋，碳-14的生產過程是這樣的——你可以將碳-14靶件想象成一支細長的筆，堅硬的外殼緊密包裹著裝載了生產原料的“筆芯”。外殼作為靶料與反應堆的界限，允許中子穿透后與“筆芯”發(fā)生核反應，但隔絕其他任何物質的遷移。

生產過程中，只需將這支筆插入核反應堆里即可。在反應堆的輻照之下，生產原料的微觀結構不再穩(wěn)定，質子和中子在筆芯里“游離”，一番“動蕩”之后，就轉變成了碳-14。

“怎么論證‘筆芯’插入核反應堆里是安全的，是最大的難題?！狈杲忉專朔磻堰\行的時候，有經過嚴密測算設定好的堆形功率分布，“按照這個狀態(tài)來運行是絕對安全的，但是如果再加點東西進去，它可能就受到擾動了。”

這種變化會不會影響發(fā)電？會不會埋下其他安全隱患？秦山需要一個準確的答復。

此前，評估堆芯功率分布情況并確定重要安全參數(shù)的工作都由國外完成。碳-14靶件裝入堆芯后，這個事關反應堆安全的參數(shù)必須重新計算和評價。由于碳-14生產項目時間緊迫，專項組決定：自己算！

那段時間，凌晨燈火通明的計算機房、徹夜加班后的天邊微光和無數(shù)的數(shù)據(jù)文件是碳-14項目科研團隊的記憶碎片，在對碳-14靶件入堆后可能出現(xiàn)的700多種堆芯狀態(tài)進行計算，并對700多組數(shù)據(jù)進行綜合評估后，專項組最終確定，“插入一支筆”，不會影響反應堆安全穩(wěn)定運行。根據(jù)這個計算結果以及其他的論證工作，專項組編寫了一份數(shù)據(jù)翔實、論證充分的報告，申請在重水堆核電站機組上生產碳-14。

2022年4月11日，項目組提交的核安全審評申請報告獲得國家核安全局批準。4月26日14時55分，全球首根商用堆碳-14靶件順利入堆，為如今的碳-14量產實現(xiàn)，埋下了成熟、健康的種子。

秦山核電三廠內的兩臺重水堆機組，碳-14靶件從其內部出堆。 記者 曾楊希 攝

年底開始向市場供貨

將有力帶動我國同位素應用產業(yè)發(fā)展

碳-14靶件出堆之后，未來的路怎么走？

根據(jù)秦山核電公開的計劃，本次碳-14靶件出堆后，相關產品將于2024年底開始向市場供貨。

“接下來，靶件內碳-14要經過工藝復雜的生產流程，最終轉化為穩(wěn)定的碳酸鋇化合物，才能供應市場，供后端制藥、科研等使用?！狈暾f。

而這一過程，將在與秦山核電一路之隔的海鹽核技術應用(同位素)產業(yè)園中進行。采訪當天，潮新聞記者專程趕往產業(yè)園現(xiàn)場探訪。只見廣闊的園中，聳立起一些成型的建筑，工人們正熱火朝天地忙碌……

進行碳-14后道生產的中核秦山同位素有限公司也位于產業(yè)園中。相關負責人介紹，目前，公司的基建已經完成，共設計了5條產線，除了碳-14，還有鍶-89、碘-131同位素，以及鈷-60放射源等產線。

“目前，碳-14產線的設備已經到位，正處于調試安裝階段，很快將邁入正式的生產環(huán)節(jié)，屆時將為產業(yè)園內下游企業(yè)提供穩(wěn)定的碳-14原料供應?！痹撠撠熑吮硎?。

早在2021年6月，國家八部委就聯(lián)合發(fā)布了《醫(yī)用同位素中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，對我國建立穩(wěn)定自主的醫(yī)用同位素供應保障體系，加快醫(yī)用同位素及產業(yè)發(fā)展提出具體要求。2023年2月，浙江省印發(fā)《關于培育發(fā)展未來產業(yè)的指導意見》，也將核技術應用（同位素）產業(yè)列入其中。

頂層設計、政策支持為浙江發(fā)展這一產業(yè)奠定了更強的底氣。

據(jù)了解，目前，占地1900畝的海鹽核技術應用（同位素）產業(yè)園已全面啟動建設，未來將集聚同位素生產基地、核藥生產基地以及核技術創(chuàng)新中心、核醫(yī)療中心等。

九層之臺，起于累土。樊申表示，在產量上，秦山核電預計每年可以生產100居里以上的碳-14同位素，產量可充分滿足國內需求，將有力帶動我國同位素應用產業(yè)鏈集聚發(fā)展。

（浙江省科協(xié)、海鹽縣科協(xié)對本文亦有貢獻）