不可“钴”量!打破加拿大垄断,出口欧美,中国实现钴-60国产化

不用开刀就能实现人体内肿瘤的切除?生产出来的产品“照一照”就能延长保质期?把医疗器具“照一照”就能实现百分百无菌?这些都是真的吗?

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带着这些问题,让我们一起走进今天的话题——钴-60。

如果我们对肿瘤切除手术有一定了解的话,就一定会知道一台叫做“伽马刀”的机器。这是一台专用于肿瘤切除的机器。

不同于传统意义上的手术刀,“伽马刀”切除肿瘤时用的“刀”并不是一把真实手术刀

它是利用聚焦照射的γ射线,对体内的病变组织进行单次或多次的照射,摧毁病变组织,从而达到与对病人开刀进行肿瘤切除的同样效果。

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那么,“伽马刀”中γ射线是什么?它又从何而来?与我们今天所要谈的钴-60有什么关系呢?

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其实,这种γ射线是来自于一种叫做钴-60的金属元素,它是金属元素钴的一种放射性同位素。

简单来说就是,钴通过核反应产生了钴-60,而钴-60的衰变又能够释放出γ射线。

我们上文所说的“伽马刀”正是通过这种聚焦照射的γ射线,像手术刀一般精准地切除肿瘤病灶。

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同时,钴-60在日常的经济生活中,也具有相当大的价值。

在医学方面,钴-60除了能够实现对肿瘤的精准切割外,还能够对医疗器械进行高度灭菌,保证产品的完全无菌。相较于传统高压蒸汽和环氧乙烷化学法这两种杀菌方法,利用钴-60进行辐照杀菌的成本更低,且无化学残留,从而会更加地安全。

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在食品方面,通过钴-60所放射出的射线,对食品进行辐照,能够一定程度上延长食品的保质期,达到杀菌保鲜的效果。

在农业上,通过辐射诱变育种,钴-60能够培育品质更高、产量更高的农作物新品种,实现农业发展的科技化和优质化。

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同时,在工业上,辐照还能够改变一些工业材料的性能,提高安全性和耐用度,带来更高的经济效益。

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钴-60不仅在各个领域都有着广泛的用途,还能够为我们经济发展起到有效推动作用。同时由于它制备技术极具难度性,所以是否能够独立生产钴-60也成为了一个国家科学技术先进与否的重要标志

在2010年以前,以加拿大为首的工业大国率先掌握了这项制备技术,实现了工业年产值的成倍增长,但是在当时的中国根本没有任何关于钴-60的制备技术,所以当外制钴-60大量涌入国际市场、排挤中国工业产品国际出口份额时,国人的自信心又一次被狠狠地打击了。

为什么外国都能够掌握钴-60的制备技术,而我国却不行?

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首先,钴-60的获取难度极大,它没有办法直接从自然界获取,且只有在某种特定的核反应条件下才能够被生产出来。

中核集团秦山核电专项工程处研究员级高级工程师樊申解释说:

自然界中能够直接获取的钴是钴-59它通过在中子辐照的情况下,吸收一个中子,从而变成钴-60。

“由于它原子核状态具有不稳定性,所以会进行衰变,而衰变的过程中就产生了γ射线。

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然而这种看似“简单”的制备技术,却在很长一段时间被国外所垄断。

在2010年以前,中国主要的工业钴-60依赖进口,当时世界上只有加拿大领头的三四个国家掌握制备的生产技术

并且从国外进口钴-60的价格十分昂贵,2000年前,钴-60的进口价达到了30人民币每居里,而我国每年对于钴-60的需求大约是1000万居里,国外进口的成本可以说是十分昂贵。

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于是在上世纪九十年代初,我国从加拿大引进重水堆机组的同时,也试图引进生产钴-60的相应技术,但加拿大方却对我国开出了十分苛刻的条件:

他们不仅仅要九百万美元的技术购买费,同时还要对我们生产出来的钴-60低价包销

引进国外制备钴-60技术也就宣告失败。

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面对国外制备钴-60技术的封锁,我国科研人员决定自力更生,自主研发制备钴-60的技术。

于是在2004年,中国核工业集团决定,由核技术应用的专业公司——中国同辐股份有限公司牵头,联合国内的生产单位和核工业设计,开始了独立研发钴-60的科研工作。

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实验基金、试验基地和科研人员都有了,“万事俱备”,只欠“技术”这个东风了。

但是,我国在此之前并没有制备钴-60的核心设施,只有两台重水堆机组。研制钴-60需要钴调节棒,但重水堆机组里的调节棒是不锈钢材质的。改变调节棒的性能需要的是精密的物理计算,可我国当时在这方面的技术可以说是为零。

并且就算钴调节棒制作出来了,我国在对制作出来的钴调节棒靶件进行试剂,以及制作运输装载钴-60的容器相关方面的技术,也是一张白纸。

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重重的挑战和困难并没有吓退科研人员,在经过不断的理论演算和推理后,科研人员首先决定从设计钴调节棒的问题上切入。

不过想要实现将钴-59的调节棒组件去取代重水堆核电机组反应堆的不锈钢调节棒组件并不是一个简单的替换问题。

改造调节棒不是一件容易的事情,改造的关键就是制造钴-59芯块对于它的晶粒度、性能以及密度都有严格的要求。

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在不断的实验下,科研人员终于通过粉末冶金工艺制备出来了钴-59芯块,完美地解决了晶粒度密度的问题。

同时科研人员还给芯块镀上了十微米的镍层,做到最大程度地提高制备成功率的同时防止环境污染。

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调节棒元件都制作完成后,对其进行组装就很容易了:首先将钴-59芯块装入锆合金棒,再用上下端塞将包壳管对钴棒进行密封,经过一系列相关的检测确认无误后,将若干个钴棒束用穿“糖葫芦”的方式锁紧在一起,这样形成一个整体的钴调节棒组件。

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四年后,2008年第一批符合要求的21根钴调节棒组件终于生产出来了。

它们在秦山核电基地重水堆机组中经过一个循环周期的辐照后,于2010年5月27日被安全卸出了反应堆。

钴调节棒组件的安全卸出就代表着工业用钴-60同位素的制备方法成功了!

至此,我国终于打破了国外长期以往对钴-60生产制备技术的垄断局面。

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解决了钴-60制备的问题,剩下就是如何制作能够确保钴-60被安全运输的容器的问题了

在2007年中国核电工程公司北京核工程研究设计院的科研人员召集了力学专家、结构工艺专家、化学专家等各个领域的专家,展开研究大容量的运输装载钴-60源容器的实验工作。

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如何确保这些生产出来的容器能够完全屏蔽具有极高活度放射性的钴-60呢?

为此,科研人员做了很多尝试,他们对生产出来的容器模拟9米高空坠落、1米贯穿的实验,确保容器在受到外部冲击时仍然能够保持包容的完好性。

同时,科研人员对容器进行了耐高温实验,保证容器正常运输的情况下,其表面温度要限定在一定的值域内。

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但经过多次实验,容器要不是在贯穿实验中失败了,就是在耐火试验的时候前功尽弃。正当所有人都一筹莫展的时候,有人提出用不锈钢屏蔽结构来制作容器

果不其然,这种结构能够最大程度地避免事故条件下对钴-60的最大屏蔽。

至此,我国依靠自己的力量成功突破了钴-60以及运输装载容器的制备工艺技术,是一个里程碑式的发展。

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随着这两项技术的突破,中国实现了钴-60的自给自足,同时还让本国的钴-60走出了国门,也使得中国的“伽马刀”在国际市场上的地位加强了。

从工业钴源到医用钴源的制备工艺的提升,不仅仅是标志着我国通过自主研发钴-60打破了国外的垄断局面,同时还在向世界表明我们国家相关领域技术又更上了一层楼。

作者 露丝 审核:小晞 校稿编辑:李子

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