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打破国际垄断,我国首批量产碳-14同位素将带来什么?

类别:科技 发布时间:2024-04-25 06:56:00 来源:每日看点快看

本文转自:嘉兴日报

打破国际垄断,我国首批量产碳-14同位素将带来什么?

首批商用堆碳-14靶件出堆见证仪式现场。图片由秦山核电提供

打破国际垄断,我国首批量产碳-14同位素将带来什么?

打破国际垄断,我国首批量产碳-14同位素将带来什么?

打破国际垄断,我国首批量产碳-14同位素将带来什么?

打破国际垄断,我国首批量产碳-14同位素将带来什么?

扫一扫一图读懂碳-14的前世今生

■记者 朱 鑫 通讯员 徐张赢 吕 铭 漫画 吴依昀

“碳-14辐照生产靶件成功出堆!”4月20日13时48分,经过两年的堆芯辐照后,第一根碳-14靶件从秦山核电重水堆机组中成功出堆。

“这是我国首次实现核电商用堆批量生产碳-14同位素,预计我们每年可以生产150居里的碳-14同位素,完全可以满足国内市场需求。”秦山核电总经理尚宪和现场宣布,至此,中国彻底破解了国内碳-14同位素依赖进口的难题,实现该同位素的全面国产化。

一时间,这条振奋人心的消息引发国内外关注,一些国家希望能从中国进口碳-14,以解燃眉之急。“中国与沙特在核医学领域一直有着良好合作,中国批量化生产的碳-14,有望让我国的供应更加稳定,也有助于两国创造新的合作机会。”沙特阿拉伯核与辐射监管委员会成员易卜拉欣说。

说起来,碳-14对于公众也算是“熟悉的陌生人”。众所周知,它是考古断代的一大依据,但它又凭啥能吸引全国关注?碳-14又有哪些应用?它和我们的生活又有什么关系?记者带你一“碳”究竟?

实现关键突破 成果与你我息息相关

碳,可以说是最常见的元素,质地柔软的石墨、坚硬的钻石、铅笔的笔芯等都由碳组成。但它们都是自然界中存在的碳,从微观层面看,它们都是“碳-12”,原子核内有6个质子、6个中子。碳-14,则是碳-12的同位素兄弟,同样有6个质子,却有8个中子。它们的化学性质相同,但原子核特性不同,比如“碳-12”很稳定,而“碳-14”则具有放射性。

正因其放射性,我们便可利用碳-14进行标记和检测,它被广泛应用于农业、化学、医学、生物学等领域,是幽门螺杆菌检测、药代动力学研究、β射线环境监测的首选示踪剂。

其中,最为人熟知的产品便是诊断幽门螺杆菌感染的呼气试验药盒。一支吹气管、一小瓶紫红色的药水、一台占据不到半个桌面的仪器、半个小时的时间……借助同位素碳-14,仅通过简单的呼气,就可以完成一次幽门螺杆菌的诊断。

深圳市中核海得威生物科技有限公司是全国碳-14尿素呼气试验药盒的最大供应商,据该公司前副总经理沈桂富测算,全国一年使用量超过5000万人份。

去年发布的《中国幽门螺杆菌感染防控》白皮书显示,我国幽门螺杆菌人群感染率近50%,不同人群感染率在35.4%至66.4%之间。

世界卫生组织曾把幽门螺杆菌定为引起胃癌的头号致病因子,随着预防工作的推进,碳-14实验还将有更大普及空间。正如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)》预测,至2035年,国内碳-14医用需求将激增4.6倍。

同时,碳-14在农业、药学等领域的作用也不能忽视。在农药中加入碳-14,后期通过检测农作物上“碳-14”的含量,就可判断出农药的残留量,与食品安全息息相关;在药物研发上,绝大部分新型药物研发都必须经过碳-14药代动力学分析。这意味着,碳-14一旦断供会影响整个基础医学研究。

然而,这类医用同位素生产的核心技术长期被加拿大、俄罗斯等国家垄断,供应很不稳定。“几乎全部依赖进口,目前价格已超过40万元每居里,近两年翻了一倍不止。”沈桂富告诉记者,所以自主生产、原材料稳定供应,是实现国产化带来的最大好处。

三十载摸索 走出自主化生产之路

那么,如此关键的碳-14,又是如何生产出来的呢?

两年前,技术人员将含有氮元素的靶件送入堆芯,氮元素的原子中有7个质子,7个中子。氮在反应堆中发生核反应,会吸收一个中子,释放一个质子。形成一个有6个质子、8个中子的新元素,这就是碳-14。

国际公认,重水堆最适合生产同位素,而全国仅有的两台商用重水堆机组就在秦山核电。“当核电机组运行时,堆芯内会产生大量的中子,我们把含有氮元素的靶件放在堆芯里,这时靶件中的氮原子会与中子发生核反应,碳-14就可以持续产生。”浙江大学教授、核科学技术研究中心主任张少泓介绍,而重水堆中子通量高,就是中子特别多,与一般的压水堆相比,是压水堆的5至6倍,这样辐照相同的时间,产量也是压水堆的5至6倍。

此前,我国曾采用过用于实验研究的小型反应堆来生产碳-14,但是由于产量小、生产不连续,无法形成稳定的供应。而使用商用核电机组,不仅产量稳定,而且更具经济性。

然而,利用商用重水堆生产同位素的技术,一直被国外垄断。“最早是想从外方引进技术,自1995年开始引进重水堆项目,就进行了多次技术谈判,但每一次都止步于外方苛刻的条件。”在中国核电首席专家李厚文的回忆中,秦山是被“逼上梁山”,只有自主研发一条路。

商用堆生产同位素,这一路走来绝非坦途。“不仅要突破技术壁垒,还要突破管理壁垒。”尚宪和告诉记者:“核电厂是一个动力堆,跨领域开展同位素生产碳-14,需要了解用户需求,从靶件到核药这是一个非常长的产业链条,可谓‘万水千山’;另外,国家对于反应堆安全高度重视,开展这项工作就要充分评估,才能取得国家核安全局的辐照许可,这一关也可谓‘千难万险’。”

2019年,由秦山核电技术骨干组成的专项组,联合上海核工院、中核北方等单位历时5年开展碳-14同位素自主研发生产,直至今年完成出堆。“我们进行了大量的方案论证、技术实验,仅针对最核心的堆芯就开展了大量技术改进,并对新布置依次展开了756种功率分布计算。”专项组成员、秦山核电高级工程师樊申说。

据测算,我国目前碳-14年进口量在100居里左右,而本次出堆有150居里,在海盐处理后将于今年年底向市场供货。实现碳-14医用同位素自主供应,利国、利民、利企。在秦山核电人看来,这就是他们自主创新、屡屡选择“破壁”的原动力。“秦山是‘中国核电从这里起步’的地方,不管多难,我们都有勇气‘起步’!”尚宪和说。

应用空间巨大 原材料为产业撑腰

“一个产业的发展,最开始的原材料非常关键,特别是同位素这种稀缺材料,相当于筑巢引凤,会推动产业链的加速形成。”中核秦山同位素生产基地项目总监郝志杰说。

浙江爱索拓标记医药科技有限公司是位于海盐县秦山街道的一家创新企业,主要生产碳-14标记物,用于药代动力学研究。得知碳-14供应即将全面国产化,公司爽快接下一笔德国订单。“以前不敢接,现在有了原料保障,明年争取突破亿元产值。”公司总经理杨征敏信心十足。

在碳-14靶件出堆的同时,秦山核电还在安装一套自主研发的同位素连续生产装置,之后可批量化生产镥-177、锶-89、钇-90等。核技术应用(同位素)产业是国家战略性新兴产业,科技含量高、附加值大、成长性强,具有万亿级的市场潜力和巨大的社会价值。

近年来,海盐充分发挥秦山核电资源优势,已引进瑞士诺华等23个项目,项目总投资额超60亿元,并联合秦山核电打造核技术应用(同位素)产业园,目标是成为全国最大的医用同位素生产基地。

“发挥同位素生产这个独一无二的优势,海盐正乘势而起。接下去,我们还将全力加快同位素产业园建设进度,谋划、完善产业发展基金、专项扶持政策等,为企业落户做好各项保障。”海盐县相关负责人说道。

就像40多年前的第一缕核电,秦山一小步,中国一大步,碳-14的批量化国产之所以引人关注,正是因为它突破了垄断,将真真切切造福于国人的健康、科技的进步。

碳-14,并不仅仅是微观层面的一种同位素,还是新质生产力的真正体现。科技人员的攻坚克难、创新产业的从无到有、保障体系的从弱到强,我们可以期待,它未来将带来一系列关联技术创新和迭代升级。

“碳-14批量化生产意义重大,进一步彰显了商用重水堆生产同位素的优势,让‘大国重器’中的新质生产力造福民生福祉。从全球看,随着重水堆产能释放和产业链完善,我国在同位素领域有望实现赶超。”张少泓评价说。

这是秦山核电在自主创新路上不断前行的一大步,也是核技术造福于民的一大步。期望我们可以看到更多创新者,以“板凳要坐十年甚至五十年冷”的定力和决心,交织出全新的“火力”,突破更多垄断。

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