转自：中国环境报
“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靶件从秦山核电重水堆机组中被成功卸出。
在靶件出堆的现场，已随项目奋战5年之久的秦山核电正高级工程师樊申并未流露出过于激动的情绪，他向记者坦言：“同样的操作已重复了成百上千遍，对于靶件出堆，我们有绝对的底气和信心。”
十足的底气背后，是秦山核电为打破碳-14国外同位素生产垄断，开辟的一条从无到有的路。至此，我国首次利用核电商用堆批量生产碳-14同位素，实现碳-14供应全面国产化。多年来碳-14同位素高度依赖进口的局面彻底成为历史。
同位素碳-14与我们日常生活究竟有何关联？碳-14出堆有何意义？在碳-14生产过程中，秦山核电如何切实保障安全？记者近日跟随中国核工业集团有限公司（以下简称中核集团）媒体行，探寻秦山核电从“零”开始研发，到成功商用批量生产碳-14同位素的轨迹。
种下“健康中国”的种子
幽门螺杆菌检测和核电站，两者看似没关系，却在同一种元素——“碳-14”上汇成交点。
吃下一粒碳-14尿素胶囊，静坐25分钟后，在集气卡里用力吸气再吐出。一呼一吸之间，患者可以通过检测结果及时发现是否感染幽门螺杆菌。作为一种有效、方便且无创的幽门螺杆菌检测方法，碳-14呼气试验是一个医院里日常的检查项目。
为人所不知的是，这个常规呼气试验的体检项目与核反应堆息息相关。
“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。此次秦山核电依托其重水堆机组生产碳-14，科研人员将专门研制的含有氮元素靶件装入核电机组堆芯，氮在反应堆中发生核反应，吸收一个中子，释放一个质子，形成有6个质子，8个中子的新元素，这就是‘碳-14’。”樊申向记者介绍碳-14的制备原理。
目前，我国每年的幽门螺杆菌检测需求超过3000万人次。不止于医学，碳-14同位素的应用延伸于农业、化学、生物学等领域，包括β射线环境监测系统、化学反应动力学等。
虽然有庞大的科研需求与医疗市场，但碳-14的供给一度面临受制于人的状况。“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。实现放射性药物的国产化及医用同位素的自主稳定供应，迫在眉睫，任重道远。”秦山核电总经理尚宪和表示。
“健康中国”的战略擘画，为医用同位素国产化道路指引明确方向。2021年6月，国家原子能机构、科技部、生态环境部等8部门联合发布《医用同位素中长期发展规划（2021—2035年）》，吹响了建立稳定自主的医用同位素供应保障体系、推动医用同位素技术研发和产业发展的号角。
“碳-14的生产应用是一个长链条，秦山核电在其中的角色是播种者，通过生产靶件将‘种子’变成‘小麦’。中核秦山同位素有限公司负责把靶件中的碳-14转化为稳定的碳酸钡化合物，也就是将‘小麦’磨成‘面粉’。制药公司则像面包工坊，把‘面粉’加工成‘面包’。最后由医院把‘面包’送达客户，即将同位素产品应用到患者身上。”秦山核电党群工作处处长李旭宁向记者解释道，“没有源头稳定的‘小麦’供给，稳定的医用同位素产业链就难以建立。”
秦山核电决定做播种“小麦”的人。2019年，秦山核电联合上海核工院、中核北方等单位启动碳-14同位素自主研发生产项目的可行性论证。2020年12月，项目正式启动，一场摸着石头过河的探索，就此起步。
从0到1“啃”硬骨头
与目前主要依靠研究堆生产碳-14的方式相比，秦山核电将碳-14的生产装置瞄准全国仅有的两台商用重水堆，这也是国际上首次采用商用堆批量辐照生产碳-14。
“重水堆机组中子通量是压水堆的6-7倍，靶件辐照同样的时间，重水堆机组的同位素产量能达到压水堆的6-7倍，这是无可比拟的优势。”樊申告诉记者，“同时，重水堆机组长期保持高功率稳定运行，可靠性高，低温常压慢化剂提供充足的辐照空间，空孔道为在线辐照装置提供安装条件，不停堆换料提供灵活的辐照条件。”
但利用商用重水堆辐照生产碳-14，是一片未曾有国内外技术团队踏足的“无人区”。
“商用核电机组辐照生产碳-14同位素技术属于国内首创，这意味着我们几乎没有任何借鉴经验，必须从‘零’开始，慎之又慎。从项目前期设计、生产方案论证、过程监管到后续的科技创新，坚决保障‘核安全绝无一失’是一切工作开展的前提。”秦山核电专项工程处高级主任工程师李厚文向记者强调。
在实现碳-14辐照生产的同时，秦山核电并未落下镥-177、锶-89、钇-90等常用医用短寿命同位素的生产，这需要开发一套可以在反应堆高功率运行时装卸靶件的设备。“严、慎、细、实”的工作作风，在同位素生产装置安装环节有了清晰而具体的画像。
为确保靶件顺利进出堆芯，验证堆顶辐照同位素生产装置安全性的实验次数是多少？
对于秦山核电副总工程师、专项工程处处长李世生来说，问题的答案以千次为计量单位。“我们在其中一个通道上连续做了1200次实验，另一个通道上连续做了1000次实验，期间不能出现任何故障。一旦失败，一切都要从头再来。”
李世生将同位素生产装置保护套管的安装过程比喻为“搥螺丝”，他说：“反应堆上方安全操作平台与反应堆底部的距离是13米。能想象将一根6米长的‘螺丝’，准确‘搥’在距离操作平台下方13米处螺丝孔的难度吗？在操作过程中要克服反应堆内核燃料和重水的流体阻碍，严禁与管壁产生碰撞，保证螺杆距离底部定位件的偏差不超过一毫米。并且，操作平台以下的地方看不见、摸不着，一切设备安装测量都处于‘盲装’。”
中核集团首席技师何少华和他的工作室团队，从0到1把这块硬骨头“啃”了下来。凭借高超的工作技能及丰富的工程经验，何少华短时间内自主开发设计了一套工装平台及智能化数字系统组成的工具，专门用于现场勘测。从前期现场勘测VP1观察孔，到保护套管的研发设计，再到套管及生产通道的安装，无数次模拟演练在期间一遍遍上演。最后的项目实施过程中，风险管控、质量控制、进度均符合管理期望。
把“不可能”变成“可能”在秦山时有发生。秦山核电专项工程处和堆芯燃料处的孟智良、牟小川、胡威曾针对碳-14靶件入堆后的新堆芯布置，完全依靠核电站自己的技术力量，展开756次堆芯状况的堆芯功率、老化后的堆芯CCP等一系列计算，最终验证靶件入堆不会影响反应堆安全；在进行核安全审评时，项目组樊申、赵晓玲与设计人员一道，每天工作到凌晨，从多个国内外文献的只言片语中找支撑材料，最终以翔实的辐照方案成熟性报告说明靶件入堆的安全性与成熟性……
最终，2024年4月20日13时48分，秦山核电同位素项目研发团队在现场见证靶件出堆，同位素辐照生产装置也已经完成各项准备工作，正在秦山核电2号重水堆机组上安装。一个事关“健康中国”的构想，前后历时5年，终于从一张张原始的设计图纸，落地成为现实。
“强核报国、为民谋福”的初心始终未曾改变。“未来，我们将积极带动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。把中国核电的发源地——秦山核电，建设成为同位素自主供应、核产业医学产业蓬勃发展的出发地，为健康中国、为满足人民日益增长的美好生活需要作出新的贡献。”尚宪和表示。
碳-14同位素小知识
什么是碳-14？
碳-14是碳元素的一种具有放射性的同位素，我们通常说的“碳”，比如常见的石墨、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，与常见的稳定同位素碳-12和碳-13不同。
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，已广泛应用在疾病诊断、新药开发、工业、农业等诸多领域。
碳-14有哪些应用？
碳-14在科学研究中有着广泛的应用，包括：
医学诊断方面，应用于幽门螺杆菌检测、药代动力学研究。
环境监测方面，用于测量空气中的颗粒物浓度，如PM10、PM2.5。
科学研究方面，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。
什么是碳-14呼气试验？
碳-14呼气试验是一种用于检测幽门螺杆菌感染的诊断方法。
试验的原理基于幽门螺杆菌在胃组织粘膜内产生的尿素酶，能够将被碳-14标记的尿素分解成氨和含有碳-14的二氧化碳。
通过收集并测定含有碳-14标记的二氧化碳量，可以判断是否存在幽门螺杆菌感染，从而维护人们的胃部健康。
