秦山核電：探路醫用同位素生產

走進中核集團秦山核電三廠2號機組反應堆廠房，在機器轟鳴聲中沿樓梯上到五樓，來到501平臺，腳下就是我國唯一商用重水堆核心裝置——反應堆堆芯。秦山核電的醫用同位素生產平臺就安裝在這里。

春節臨近，秦山核電正在為醫用同位素的生產而緊張忙碌著。秦山核電副總工程師李世生告訴記者，將外形像一列小火車的靶件放入反應堆孔道的安全套管中，進行一段時間的輻照再取出，就可以生產出釔-90、镥-177等醫用同位素。“目前我們在以往經驗基礎上，正在拓展新的醫用同位素品種，并進一步優化技術和工藝。”李世生說。

醫用同位素作為核醫療的基礎，在惡性腫瘤、心腦血管等重大疾病的診斷和治療方面發揮著重要作用。不過，長期以來，國內除了通過加速器和研究型反應堆生產一小部分，主要依賴進口，面臨價格高昂、供貨不穩定等問題，極大制約了我國醫用同位素的應用和發展。

近年來，在中核集團指導下，秦山核電依托重水堆核電機組的資源優勢，進行輻照生產醫用同位素的研發和技術改造，解決了一系列關鍵技術難題，實現了成功投運，不僅打破了國外廠商的市場壟斷，也開辟了秦山核電發展的“第二曲線”。

尋找新的增長點

秦山核電位于浙江省嘉興市海鹽縣，自1991年并網發電以來，經過數十年的發展，已經成為我國核電機組數量最多、堆型最豐富的核電基地，被譽為“國之光榮”。

一家專注于核能發電的企業，為何會生產醫用同位素？近日，記者走進秦山核電，一探究竟。秦山核電總經理尚憲和將這段故事向記者娓娓道來。

“2015年秦山核電9臺機組全部并網發電之后，我們持續提升安全運行能力，到2019年前后，各項指標已經達到世界領先水平，同時也面臨發展的‘天花板’問題。”尚憲和對記者坦言。

秦山核電如何尋求新的增長點？公司上下開展了熱烈的討論，一個想法得到了越來越多人的贊同——生產同位素。

其實，早在2010年，秦山核電就成功實現了工業鈷-60的批量生產，2019年又實現了醫用鈷-60生產的突破。

尚憲和告訴記者，這主要得益于秦山核電擁有國內僅有的兩臺70萬千瓦級的重水堆核電機組。

“重水堆具有堆芯中子通量高、可以不停堆換料、運行穩定等特點，在同位素生產方面具有效率高、產量大、比活度高、連續生產、供應穩定等優勢。”尚憲和說。

秦山核電能夠生產醫用同位素的另一優勢條件，是擁有一支人才隊伍。作為國內起步最早、堆型最豐富的核電站，秦山核電在發展過程中需要自主解決各種技術難題，專項工程處則是解決這些難題的重要力量。

2019年9月25日，秦山核電召開會議，學習習近平總書記關于核工業創建60周年的重要指示精神，以及中核集團、中國核電安全發展創新發展戰略規劃，并就秦山核電如何落實戰略規劃展開深入研討。

會上，秦山核電提出了幾項具體任務，其中一項為“利用秦山核電基地開展核素生產的可行性研究”，探討是否可以利用秦山核電的反應堆輻照生產鍶-89、碳-14等放射性同位素。該項工作安排公司專項工程處牽頭，運行、維修、技術和化學等部門配合。

專項工程處負責此項任務的孟智良接到任務后，立即開始收集信息和進行可行性評估，經衡量后，在原定6種放射性同位素的基礎上增加了鉬-99、镥-177、碘-131等放射性同位素。

使用商用堆進行放射性同位素生產，首先需要找到可用的生產位置。商用堆在設計上是用來發電的，因此堆芯內除了燃料組件和反應性控制保護裝置，沒有事先設計和安裝好的輻照孔道。同時，商用堆的堆芯在設計時考慮了良好的中子經濟性，使得堆芯外圍的中子通量較低，不適合同位素輻照生產，因此還得在堆芯內部找。

孟智良在重水堆和壓水堆的堆芯內部鎖定了4個潛在位置，重水堆3個，壓水堆1個，經過綜合比較，發現重水堆在同位素生產方面優勢顯著。在隨后的3個月內，專項工程處的技術人員對初步可行性研究報告進行了持續完善，最終報告獲得了秦山核電專家的認可。

為了進一步確認生產方案是否可行，為后續研發提供指導，2020年初，秦山核電選擇了6種放射性同位素，正式委托上海核工院開展生產的可行性專題論證。上海核工院歷時8個月完成論證，并發布相關評估報告，證實秦山核電進行上述放射性同位素生產是可行的。

2020年底，秦山核電編制并發布了《秦山核電同位素生產基地建設發展規劃》，并納入《秦山核電“十四五”高質量發展規劃》，統籌推進重要醫用同位素產業化生產技術研發和能力建設，全力確保在“十四五”期間建立鉬-99、镥-177、碳-14等多種醫用同位素的產業化生產能力。2021年初，中核集團組織專題會議討論后，將秦山核電的醫用同位素生產納入集團的實施方案中。

攻克技術難關

雖然進行了可行性研究和論證，且此前有鈷-60生產的經驗，不過，要生產新的醫用同位素品種，還需要進行新的探索和實踐。

秦山核電首先攻關的是碳-14的生產。回憶起科技攻關的場景，李世生向記者打開了話匣子。

李世生告訴記者，與目前生產碳-14主要依靠的研究堆相比，秦山核電重水堆機組輻照生產碳-14具有獨特的優勢，一是堆芯空間大，輻照靶件數量多、產量大；二是在安全穩定發電的同時生產碳-14，生產成本相對較低。

2020年11月，在明確重水堆輻照生產碳-14原理上可行的情況下，秦山核電充分發揮黨建引領作用，由專項工程處黨支部牽頭成立同位素輻照生產黨員突擊隊，與上海核工院、中核北方就項目開發進行了一輪深入探討。擺在大家面前的第一個問題是靶件如何設計，這需要兼顧制造、輻照安全以及后端處理便利性等問題。

“項目組綜合考慮前端制造廠技術水平、重水堆安全穩定運行需要、后端熱室處理技術，最終確定以氮化鋁粉末作為靶材，以某特殊金屬作為包殼的靶件設計方案。”李世生說。

接下來的難題是靶件的封裝密度，太松會導致裝料太少且不利于傳熱，太緊則不利于后端處理，在相關專家支持下，項目團隊經過多次討論，最終確定了最佳值。

在生產同位素的過程中，核安全是重中之重。在進行核安全評審時，項目組廣泛了解國內同類工作經驗，從多個國內外文獻中找支撐材料，經過充分討論交流，再匯總編制論證報告。

“最終，輻照方案成熟性報告以翔實的論據、充分的數據，有力地說明了靶件入堆的安全性與成熟性，獲得了審評人員的認可，為項目最終獲得國家核安全局的許可奠定了基礎。”李世生說。

2022年4月11日，秦山核電獲得國家核安全局入堆許可，4月21日，完成靶件安裝，具備了入堆條件，4月26日14時55分，隨著現場操作人員將靶件緩緩插入堆芯，現場指揮發出報告：全國首根商用堆碳-14靶件入堆工作順利完成！在北京、海鹽等地以視頻會議方式同步召開的入堆見證和匯報會現場響起了熱烈的掌聲。

2024年4月20日13時48分，碳-14靶件從秦山重水堆機組成功抽出，這是我國首次利用核電商用堆批量生產碳-14同位素，中國由此破解了國內碳-14同位素依賴進口的難題，實現了碳-14輻照生產的全面國產化。

相比于碳-14，镥-177、鍶-89、碘-131的半衰期要短得多。如果采用中子輻照方法進行生產，相應的輻照時間較短，不能采用在機組停堆期間進行靶件更換的生產方式，而是需要在機組滿功率正常運行期間進行靶件的在線裝卸。因此，需要研制一套專用的在線輻照裝置，以完成靶件裝入堆芯、卸出堆芯、裝入屏蔽容器等操作。

李世生告訴記者，重水堆機組內可用于安裝輻照裝置的孔道有多個選擇。但是就安裝工作而言，一方面，要考慮孔道附近要有足夠的安裝空間；另一方面，要保證在選擇的孔道安裝輻照裝置后，不會影響機組原有的設計功能。孔道的選擇是核電站各專業綜合評價的結果。

孔道確定后，即開始輻照裝置的設計工作。設計團隊經過反復討論，確定了方案，由特殊設計的靶件輻照裝置承載靶盒，將靶盒及靶件輸到堆芯活性區停留接受輻照，輻照完成后，將靶盒轉移出堆芯，并在堆頂的適當位置將靶盒裝入一個特殊設計的屏蔽轉運器中，通過傳輸機構將屏蔽轉運容器運至遠端吊運區。

為證實其技術可行性，秦山核電決定以該方案開展原理樣機驗證。原理樣機研制于2021年下半年啟動，2022年年終完成。

采訪中，李世生拿出模型，向記者講述創新的歷程。

比如，靶件輻照裝置的某個機構底部需要有一個配重塊，但是在實驗過程中，配重塊經常卡住，于是，技術人員在配重塊上鉆了一個洞，從而使得配重塊以傾斜的姿態沿管壁下滑，避免被卡住。但在后續的實驗中又發現，配重塊到了金屬通道焊接的位置，只要焊縫略微不齊，依然容易被卡住，于是技術人員又將配重塊改成了紡錘形，從而可以順利地上下移動。

“一項技術從研發到真正實現應用，需要一個反復試驗的過程。”李世生對記者說，“比如金屬通道會不會磨破，靶件輻照裝置反復使用會不會導致可靠性降低，這些都需要反復試驗才能確定。”

2022年下半年，在原理樣機研制完成的基礎上，秦山核電作出大孔道輻照裝置工程化實施的決策，并同步開展工程樣機的研制工作。從概念設計到原理樣機，再到工程裝置，設計團隊不斷改進、優化方案，從現場布置到部件制造，再到現場安裝，設計團隊攻克一道又一道難關。

安裝金屬通道的過程中，中核集團首席技師何少華和他的團隊發揮了重要作用。

何少華向記者介紹說，重水堆核電站在建設的時候，會在反應堆上預留兩個孔道，用于首次啟動時觀察反應堆運行是否正常。這一孔道就是金屬通道安裝的位置。不過，由于反應堆已經封閉運行，所以安裝金屬通道的難點在于，看不到下面的情形，十幾米長的金屬通道只能“盲裝”，安裝過程中還不能晃動，否則會碰壞反應堆的排管。

“對安裝的精度要求也很高，如果金屬通道的上面偏離了哪怕1毫米，下面就會偏離7—8毫米之多。”何少華說。

經過反復探討和實驗，何少華帶領團隊，首先對一號機組的孔道進行測量，以保證金屬通道能夠符合安裝要求，順利裝入反應堆。接下來，何少華帶領團隊設計出了桁架和定位夾持輸送系統，把金屬通道上方的基準延伸到反應堆中，最終一次性把金屬通道在二號機組堆芯孔道中準確安裝就位。

2023年4月3日，國家核安全局正式批準秦山核電利用輻照試驗裝置進行釔-90輻照試驗，4月23日，項目團隊在秦山核電三廠112大修中接續奮戰近120小時，圓滿完成裝置安裝、冷態調試及系統標識作業，12月14日，隨著首根釔-90靶件順利出堆，裝置熱態試驗成功完成。

2024年12月26日，我國首個商用堆在線輻照生產同位素裝置在秦山核電正式投運，在此生產的首批镥-177醫用同位素同步出堆，標志著我國成功掌握批量化在線輻照生產短半衰期同位素的關鍵技術。

李世生告訴記者，該裝置無需停堆即可規模化、穩定持續生產镥-177、鍶-89和釔-90等短半衰期醫用同位素，將顯著提升我國在同位素生產供應領域的自主能力以及國際市場的參與度。

由此，秦山核電的第二增長曲線，從概念走進了現實。

建設醫用同位素生產基地

秦山核電聯合上海核工院、中核北方等單位，歷經3年協同攻關，累計進行了2200余次實驗，終于在確保安全可靠的前提下實現了同位素的高效生產。

李世生告訴記者，下一步，計劃在1號重水堆機組上也安裝一套醫用同位素生產裝置。“有兩套裝置的話，可以確保醫用同位素的穩定可靠和持續供應。”

醫用同位素產業化工作也在同步緊鑼密鼓地進行中。2021年，中國同輻、秦山核電、海鹽縣國有資本投資公司共同成立中核秦山同位素公司，負責醫用同位素的分離和提純。2024年4月，秦山核電在專項工程處基礎上，與海鹽縣國有資本投資公司共同成立秦山科技有限公司，負責醫用同位素生產相關技術和工藝的開發，為秦山核電打造新的增長點。

“秦山核電作為中國核電起步的地方，應該主動作為，特別是秦山核電擁有國內唯一的商用重水堆，具備同位素產量大、質量穩定、經濟性好等獨特優勢。”2024年1月，秦山核電黨委書記、董事長，浙江省人大代表黃潛在浙江省十四屆人大二次會議上提出了《關于支持海鹽打造全國同位素產業科創高地的建議》。

黃潛的建議得到了浙江省的重視和采納，推動研究起草了浙江省醫用同位素產業發展實施意見，并支持海鹽引進落地重大項目，建立產學研深度融合的協同創新模式。

2024年7月2日，全國首個核藥領域重大外資項目——諾華項目在海鹽縣舉辦奠基儀式。目前，海鹽縣同位素產業園已集聚核素核藥研發生產項目23個，總投資超80億元，項目達產后預計實現產值超200億元，到2035年將實現“千畝千億”核技術應用產業集群。

從核能發電到醫用同位素生產，對秦山核電而言是歷史性的跨越。尚憲和告訴記者，他當前的一項重要工作，就是積極與醫院、藥廠、研究機構溝通，以打通從創新到市場的路徑。

“對于合作伙伴需要的同位素材料，我們首先看能不能輻照出來，其次看能不能轉化出來。”尚憲和說，“我們要和產業鏈上的各方協同發力，把彼此的需求進行契合，才能在第二曲線這個新的賽道上真正跑起來。”

對于秦山核電同位素下一步的發展，尚憲和表示，將陸續完成包括碳-14、镥-177在內的多條同位素生產線建設，建成全國最大醫用同位素生產基地，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，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。