背靠秦山，面朝东海，蓝天白云下，秦山核电两台商用重水堆机组静静伫立。几天前，完成辐照的碳-14靶件从这里成功出堆，标志着我国首次实现核电商用堆批量生产碳-14同位素。

碳-14、重水堆、靶件、同位素……晦涩的专业术语背后，是一场耗时近五年的技术攻坚战。批量生产的碳-14，不仅能让我国彻底摆脱进口依赖，还能为医药、生物等产业发展带来更大的想象空间。

日前，记者走进位于浙江嘉兴海盐的秦山核电，探究这看不见摸不着的碳-14是怎么生产出来的，又将如何振动隐形的翅膀，搅动更广阔的市场，触达我们平凡的日常。

出堆后的碳-14靶件存放在水池中，散发出辐射的蓝光。秦山核电 供图

放射性同位素碳-14

就像微观世界的“北斗导航”

吃下一颗碳-14尿素胶囊，用一支吹气管朝一小瓶紫红色的药水吹气，仅仅通过这样简单的方式，你就可以确定自己是否感染了幽门螺杆菌。

这是一项不起眼的基础体检项目，碳-14是其中的关键。多年来，用来测定这一口“气”的碳-14，都是依赖进口。

要深入了解碳-14，需先从地球上广泛存在的碳元素说起。煤炭、金刚石、石墨烯等，本质上都由碳原子构成。

在原子结构层面，碳元素有着多个同位素“兄弟”，它们质子数相同、中子数不同。例如，构成石墨、钻石等物质的碳-12与碳-14都有着6个质子，但前者中子数为6个，后者的中子数则为8个。

微观结构的不同，决定了它们性能的差异。如，碳-12结构稳定、自然界中含量最多。碳-14则具有微弱的放射性，且半衰期为5730年。这意味着，一旦碳-14产生，5730年之后，它的放射性强度才会衰减一半。

利用碳-14的放射性及半衰期长等特性，人类可以把它广泛作为示踪剂使用，就像微观世界的“北斗导航”

例如，在新药开发过程中，当碳-14“标记”到新药化合物中，通过追踪它的影迹，科研人员就可以了解新药物的吸收、分布、代谢等情况，从而完成药代动力学研究。

又如，在考古领域，科研人员可以利用碳化文物上碳-14半衰期特性，计算得出了文物的“年龄”。在备受关注的三星堆遗址，通过碳十四测定发现，多个祭祀坑形成年代处于商代晚期，并且形成时间大致相当。

“除了以上，碳-14还可以用于测量空气中的颗粒物浓度、确定农药残留等，国内市场现实需求和应用潜力都很大。” 秦山核电专项工程处重水堆研发科副科长樊申说。

樊申介绍，以幽门螺杆菌检测为例，目前，中国每年对这项检测中使用的碳-14需求量约为40居里（居里，计量单位，指元素单位时间内发生衰变的原子核数）。但此前，我国碳-14仅仅在实验堆上生产过几个居里。

“如果能啃下自主生产这块‘硬骨头’，对核能综合利用、产业发展和我国核医疗事业进步都将是强劲推力。”在樊申眼中，这就是他们选择“破壁”的原动力。

秦山核电厂区全景 秦山核电 供图

“对新技术很谨慎”的核电

从零开始种下碳-14的种子

碳-14实现自主量产，可以追溯到2019年。

彼时的秦山核电，已有9台稳定运行的机组，年发电量约520亿千瓦时。产能逼近天花板的同时，秦山如何继续发展，进一步拉动地方经济，成为了摆在中国核电、秦山核电和浙江海盐地方领导面前的一道开放题。

碳-14，被圈进了答案范围。2019年9月，量产放射性同位素的可行性研究启动，樊申是项目组成员之一。

在核电站，安全二字压倒一切，“从安全层面来讲，核电站是对新技术很谨慎的。”樊申说，正因为此，生产方案的前期论证和安全分析至关重要。

形象一点解释，碳-14的生产过程是这样的——你可以将碳-14靶件想象成一支细长的笔，坚硬的外壳紧密包裹着装载了生产原料的“笔芯”。外壳作为靶料与反应堆的界限，允许中子穿透后与“笔芯”发生核反应，但隔绝其他任何物质的迁移。

生产过程中，只需将这支笔插入核反应堆里即可。在反应堆的辐照之下，生产原料的微观结构不再稳定，质子和中子在笔芯里“游离”，一番“动荡”之后，就转变成了碳-14。

“怎么论证‘笔芯’插入核反应堆里是安全的，是最大的难题。”樊申解释，核反应堆运行的时候，有经过严密测算设定好的堆形功率分布，“按照这个状态来运行是绝对安全的，但是如果再加点东西进去，它可能就受到扰动了。”

这种变化会不会影响发电？会不会埋下其他安全隐患？秦山需要一个准确的答复。

此前，评估堆芯功率分布情况并确定重要安全参数的工作都由国外完成。碳-14靶件装入堆芯后，这个事关反应堆安全的参数必须重新计算和评价。由于碳-14生产项目时间紧迫，专项组决定：自己算！

那段时间，凌晨灯火通明的计算机房、彻夜加班后的天边微光和无数的数据文件是碳-14项目科研团队的记忆碎片，在对碳-14靶件入堆后可能出现的700多种堆芯状态进行计算，并对700多组数据进行综合评估后，专项组最终确定，“插入一支笔”，不会影响反应堆安全稳定运行。根据这个计算结果以及其他的论证工作，专项组编写了一份数据翔实、论证充分的报告，申请在重水堆核电站机组上生产碳-14。

2022年4月11日，项目组提交的核安全审评申请报告获得国家核安全局批准。4月26日14时55分，全球首根商用堆碳-14靶件顺利入堆，为如今的碳-14量产实现，埋下了成熟、健康的种子。

秦山核电三厂内的两台重水堆机组，碳-14靶件从其内部出堆。 记者 曾杨希 摄

年底开始向市场供货

将有力带动我国同位素应用产业发展

碳-14靶件出堆之后，未来的路怎么走？

根据秦山核电公开的计划，本次碳-14靶件出堆后，相关产品将于2024年底开始向市场供货。

“接下来，靶件内碳-14要经过工艺复杂的生产流程，最终转化为稳定的碳酸钡化合物，才能供应市场，供后端制药、科研等使用。”樊申说。

而这一过程，将在与秦山核电一路之隔的海盐核技术应用(同位素)产业园中进行。采访当天，潮新闻记者专程赶往产业园现场探访。只见广阔的园中，耸立起一些成型的建筑，工人们正热火朝天地忙碌……

进行碳-14后道生产的中核秦山同位素有限公司也位于产业园中。相关负责人介绍，目前，公司的基建已经完成，共设计了5条产线，除了碳-14，还有锶-89、碘-131同位素，以及钴-60放射源等产线。

“目前，碳-14产线的设备已经到位，正处于调试安装阶段，很快将迈入正式的生产环节，届时将为产业园内下游企业提供稳定的碳-14原料供应。”该负责人表示。

早在2021年6月，国家八部委就联合发布了《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》，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具体要求。2023年2月，浙江省印发《关于培育发展未来产业的指导意见》，也将核技术应用（同位素）产业列入其中。

顶层设计、政策支持为浙江发展这一产业奠定了更强的底气。

据了解，目前，占地1900亩的海盐核技术应用（同位素）产业园已全面启动建设，未来将集聚同位素生产基地、核药生产基地以及核技术创新中心、核医疗中心等。

九层之台，起于累土。樊申表示，在产量上，秦山核电预计每年可以生产100居里以上的碳-14同位素，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集聚发展。

（浙江省科协、海盐县科协对本文亦有贡献）

来源: 潮新闻

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