▲圖為秦山核電基地。

天空澄碧，纖云不染。位于浙江省海鹽縣的杭州灣畔，九座核島巍然矗立。這里，就是中國核電起步的地方——中核集團旗下中國核電投資控股的秦山核電基地。

自秦山核電站1991年12月并網發電至今，秦山核電基地不僅發出了中國大陸第一度核電，更見證了我國核電技術更迭升級、多堆型多機組安全高質量建造運營、核能多元綜合利用的發展歷程。

作為我國堆型最豐富的核電基地，秦山核電基地擁有我國唯一的商用重水堆，并具備生產同位素的優勢和條件。近日，秦山核電在實現工業和醫用鈷-60大規模輻照生產基礎上，在不影響機組運行發電的情況下，進一步拓展重水堆的同位素生產能力，不斷推動我國核電和核技術應用產業協同融合發展。

同位素研發之路艱辛無比，從自主創新到打開局面，秦山核電在科技創新的道路上一往無前，一座“老”電站正煥發出“新活力”。

“零”的突破并非易事

今年4月，秦山核電在秦三廠112大修中順利完成國內首個商用堆同位素研發平臺安裝、冷態調試和系統標識，標志著國內首個商用堆同位素研發平臺建成。據了解，該平臺具備在線自動裝卸靶件的能力，結合重水堆中子通量高、穩定運行時間長的特點，可以長期、穩定、靈活地開展醫用同位素研制和小批量生產工作。

秦山核電專項工程處重水堆研發科副科長樊申告訴記者，生產同位素需要中子輻照，重水堆堆芯設計顯著區別于壓水堆，堆芯的熱中子通量更高，大概是壓水堆的五到六倍。“此外，重水堆的慢化劑處于低溫常壓水平，采用在線換料方式，允許同位素生產時進行調試等工作，加之機組年穩定運行時間較長，使得重水堆具備生產種類多、長短半衰期同位素均能生產且產量大等特點。”

▲圖為鉆-60棒束。

秦山核電的同位素生產之路，還得從鈷-60的突破說起。

鈷-60是金屬元素鈷的放射性同位素，可用于食品保鮮、工業探傷、γ手術刀等諸多領域。“我國加入世貿組織以后，國內輻射加工產業發展迅猛，工業鈷-60放射源需求從1998年約200萬居里增至現在的1000-1200萬居里。”樊申告訴記者，利用國內兩臺重水堆生產鈷-60，可以填補國內空白，符合建立節約型社會和可持續協調發展的要求。

在國內成功生產鈷-60之前，我國每年鈷-60的需求量大約在800萬居里，幾乎全部依賴國外進口。“秦山核電三廠(重水堆)兩臺機組是從加拿大引進的坎杜6型反應堆，其在滿功率運行期間有21根不銹鋼調節棒組件長期插在堆芯，用以展平中子通量，若將其全部不銹鋼調節棒組件更換成鈷-59調節棒組件，通過中子輻照，便可以大量生產鈷-60輻射源。”秦山核電專項工程處重水堆研發科科長孟智良解釋。

從國際市場看，在我國成功生產鈷-60前，加拿大8座坎杜重水堆核電機組生產的鈷-60占全世界產量的80%以上，幾乎壟斷了世界鈷源市場。秦山三期原副總工程師、鈷-60項目組組長唐炯然介紹：“重水堆具備生產周期短、生產規模大的優勢，兩臺機組的鈷-60年產量高達600萬居里，將滿足國內75%的市場需求，而且不影響機組的安全運行和經濟性。”

加拿大早在1946年就實現了重水堆生產鈷-60，技術已十分成熟。國外有現成的技術，而我國又想在重水堆上應用，所以彼時負責該項目的鈷-60項目組首先想到的是國際合作。

然而，“零”的突破沒有那么簡單。

在1996年核電工程技術談判期間，秦山三期就向加方提出在秦山三期重水堆核電工程增加鈷-60生產。“但加方在工程合同價格談判階段有意取消了鈷-60生產，他們似乎想在合同價格之外提出更高的價格。”唐炯然說，“于是，第一次尋求合作的嘗試失敗了。”

1998年，國家有關部門進行初步設計審查時，再次提出做好同位素生產的準備。“當時的工程總包方加拿大原子能有限公司(AECL)以鈷-60生產的知識產權為加拿大MDSNordion公司所有為名拒絕了，所以第二次又沒成功。” 唐炯然感慨道。

1999年，在中方的堅持和努力下，通過加拿大原子能有限公司聯系，秦山三期開始與MDSNordion公司進行談判。“談判很艱難，對方提出一次性付900萬美元和多余中間產品低價包銷的苛刻條件，我們顯然無法接受。” 談及第三次失敗，唐炯然顯得有些無奈，“其實，中間我們還與阿根廷談過，由于他們也是引進加拿大的技術，沒有自主知識產權，我們最終還是選擇了放棄。”

“三次尋求國際合作全部失敗，最終讓我們走上自主研發的道路。”唐炯然說。

上下一心打開同位素生產新局面

同位素研發項目啟動之初便面臨諸多挑戰——國外將相關技術完全封鎖，只能在一些公開發表的論文中找到只言片語，在引進的大型核電站上進行堆芯反應性控制裝置變更，在國內尚屬首次。“沒人敢干這事兒，因為涉及結構設計、核設計、熱工安全、事故分析、鈷調節棒組件的研制、更換操作，以及強放射性物質運輸的輻射安全和制造出有信譽的合格產品等一系列技術難題。”唐炯然回憶道。

好在秦山核電管理層充分認識到該項目的巨大社會效益，歷屆管理者都積極推動項目開展。在前期給予大量人力物力支持的情況下，2009年，秦山三期明確將做好同位素鈷-60的生產作為發展“三個跨越”之一寫入了自身的 “333”發展戰略。

▲圖為工作人員正在進行鈷-60 出堆操作。

1999年，秦山三期開展項目可行性研究，從理論上論證了項目的可行性;2000年，項目管理工作移交給中核集團;2003年11月，在秦山三期兩臺機組投入商運后，中核集團組織各相關單位召開會議，確定正式開展自主設計研發。此后，由中國同位素公司牽頭的秦山三期重水堆生產鈷-60項目各項工作有條不紊地開展起來。

2003年至2006年，全部依靠國內技術力量開展自主設計和研制。2004年2月，中核集團第二次總經理辦公會決定項目實施方為中國同位素公司，秦山三期協助安全申請和實施堆上生產;2006年6月，項目提交國家核安全局審查，2008年6月獲批準;2008年底，首批鈷調節棒開始換入1號機組開始生產鈷-60;2009年底，第二批鈷調節棒開始換入2號機組;2010年5月，經一個循環周期安全輻照后，首批鈷調節棒順利出堆。

截至目前，秦山核電三廠兩臺重水堆產出的工業鈷-60同位可滿足國內70%左右的市場需求，醫用鈷-60滿足國內市場需求。尤其是在近年全球鈷-60供應緊張的情況下，中國已連續向國際市場出口鈷-60百萬居里。

有了工業鈷-60的生產經驗與基礎，醫用鈷-60項目僅歷時3年就完成了靶件入堆。很快，秦山核電又將目光鎖定碳-14的生產研發。

碳-14同位素生產是秦山核電同位素生產基地建設的首個醫用同位素生產項目，盡管已經積累了成功生產工業和醫用鈷-60的經驗，但碳-14同位素生產技術同樣屬于國內首創，幾乎沒有任何可借鑒經驗，這無疑是另一項開創性突破。

▲圖為三廠風光。

記者了解到，當時的研發團隊為了完成2022年4月碳-14同位素靶件入堆這一目標，爭分奪秒研究靶件設計思路，進行公司內部論證，編制技術規格書，并與合作單位開展技術討論，校核分析成果，審查靶件設計和論證文件，編寫審評報告，攻破了一道道技術難關。

這個過程中，最艱難的就是尋找靶件材料，共同研發工藝。時間緊迫，項目團隊在充分調研基礎上提出解決思路，并迅速召集靶件研制各方反復論證，終于找到解決辦法，靶件制造得以繼續進行。通過安全審查是實現項目目標的重要一關，只有詳實的分析論證材料才能支撐項目安審。每次審評前，團隊成員和技術支持單位人員都召開審評準備會，反復審查報告內容及提出質疑問題，分析越辯越明，問題越理越清，方案越做越細，最終在上報審評文件8個月后拿到入堆許可批復文件。

2022年4月2日，碳-14同位素靶件通過出廠驗收，4月11日成功取得入堆許可，4月26日首批靶件入堆輻照。“在堆內輻照兩年后，首批商用堆輻照碳-14靶件將出堆，秦山核電將成為國內最大的碳-14原料生產地，年產能完全滿足國內市場需求，一舉打破我國碳-14幾乎全部依賴進口的歷史。”樊申充滿期待地說。

核能科技創新大有可為

梳理秦山核電同位素生產“從無到有”之路不難發現，科技創新貫穿始終，而關鍵核心是一支優秀的人才隊伍。秦山核電通過機組建造、運維培養了一大批消化并掌握重水堆技術的人才，通過鈷-60生產又培養了一支熟悉同位素輻照生產技術研發和實施的隊伍，積累了豐富的同位素輻照生產相關工作經驗。

記者還了解到，秦山核電擁有我國唯一的同位素水下操作團隊，主要負責同位素水下解體、裝載、發運等工作。團隊成立之初只有三人，開展同位素生產設備技術創新，對原有生產設備進行優化升級，提高設備可用性，并在較短時間內自主研發了鈷同位素生產應急工具五件套，保證了鈷-60及后續碳-14生產的安全性;成功研發鈷同位素運輸容器沖洗裝置，以保證人員安全。

▲圖為秦山三期——我國唯一的重水堆機組。

“研發團隊首創同位素生產模式并建立同位素生產體系，為后續生產同位素提供技術支持，同時也為醫用鈷同位素生產提供了寶貴的實踐數據。自主研制的鈷同位素中心桿水下切割機及配套設施，填補了國內高放射性小型物件水下切割的空白。此外，團隊形成了一整套規范的鈷同位素生產操作方法、設備標準、管理流程，《商用堆生產鈷同位素體系建立與優化》還獲得了中國設備管理協會一等獎及公司‘先進操作法’。”團隊成員蔣軍建介紹。

展望未來，樊申表示，面對我國自主生產的鍶-89僅能滿足國內20%的需求、镥-177僅能滿足國內5%的需求的現狀，秦山核電制定了“三步走”戰略規劃：到2023年，釔-90滿足小規模臨床試驗需求;到2024年，在已有工業鈷-60、醫用鈷-60、碳-14等核素生產之外，建成碘-131、鍶-89、镥-177等核素生產能力;到2025年，達成碘-131滿足部分國內市場需求、2026年碳-14滿足國際市場大部分需求的目標。

“秦山核電將充分利用俘獲法、裂變法、從廢物中分離提取等途徑開展重要工業/醫用同位素生產，形成穩定的、規劃化的生產供應能力，保障國內供應安全。”樊申說。

當前，秦山核電同位素生產技術開發進展迅速，除了重水堆輻照生產碳-14和短半衰期同位素鍶-89、镥-177、碘-131和釔-90等同位素的輻照生產外，還開展了裂變鉬-99前期科研和重水堆廢樹脂中的碳-14脫除和提純研究。

▲圖為工作人員正在進行碳-14 靶件入堆操作。

重水堆廢樹脂中的碳-14脫除和提純技術不僅能夠生產碳-14，還能凈化廢樹脂，為廢樹脂的處理創造更有利的條件。據了解，重水堆運行過程中所產生的大量碳-14，主要以HCO3-的形式存在，被樹脂所吸附，在樹脂失效后被傳輸到廢樹脂貯槽中存放。秦山核電聯合國內相關單位已開展實驗，研究廢樹脂中的碳-14脫除和提純，其目標是達到工業和醫療應用水平，目前已完成工藝小試研究，試驗結果完全滿足技術指標要求。

奮進新征程，建功新時代。站在新的歷史起點，秦山核電總結、凝練三十多年的發展經驗，創造性提出 “1+1+2+4”發展思路，其中特別提到要建設“同位素生產基地”，帶動同位素產業鏈發展，打造全國核技術應用產業示范基地。“十四五”期間，秦山核電將繼續落實“健康中國”發展戰略及《醫用同位素中長期發展規劃(2021-2035 年)》相關要求，持續深化企地共生、共贏、共榮發展，企地聯合發展同位素產業，完成鈷-60、碳-14在內的多條同位素生產線建設，建成全國最大同位素基地，同時布局國際市場，努力發展成為國內外工業、農業、醫學和科研等領域核技術應用整體解決方案的供應商，勇做新時代核電領跑者，為助力實現中核集團“三位一體”奮斗目標，浙江省“兩個先行”和“健康中國”建設作出新的更大貢獻。