核電站和幽門螺桿菌檢測看起來八竿子打不著的兩個領(lǐng)域，竟然在一種元素身上有了奇妙的聯(lián)系，這種元素就是“碳-14”。
“碳-14”呼氣試驗，被長期應(yīng)用于幽門螺桿菌感染檢測，但目前我國“碳-14”供應(yīng)全部依賴進口。近日，全球首批商用堆“碳-14”輻照生產(chǎn)靶件在中核集團秦山核電三廠入堆開始大規(guī)模生產(chǎn)，將徹底解決國內(nèi)“碳-14”同位素供給問題。
“碳-14”究竟是什么？和我們的生活又有什么關(guān)系？今天帶大家一“碳”究竟。
01“碳-14”究竟是個啥
地球上每一個生命體都是基于四種元素構(gòu)建的，其中包括氫、氧、氮以及更為重要的碳，所以，想要了解“碳-14”，首先要知道它和碳元素的“親緣關(guān)系”。在地球上，碳元素有99%以“碳-12”的形式存在，常見的如石墨、鉆石等。有大約1%為“碳-13”，至于“碳-14”就更少了，只有約百萬分之一的比例。
先來一起重溫一下高中物理，質(zhì)子數(shù)決定了元素的種類。在同一種元素中，會出現(xiàn)質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的情況。
碳元素成員都有6個質(zhì)子，想要識別同胞的兄弟姐妹，還得數(shù)一數(shù)它們的中子數(shù)。例如，“碳-12”有6個中子，“碳-13”則有7個中子，“碳-14”有8個中子。正因為這種質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的特性，導(dǎo)致它們的原子核特性截然不同。
與其他兢兢業(yè)業(yè)“工作”的兄弟姐妹們不同，“碳-14”是一個“好動”的家伙，可能這會兒它還巧用火眼金睛忙碌工作，下一秒就以另一種形態(tài)去“游山玩水”了，所以“碳-14”具有放射性。
02“碳-14”能用來干點啥
既然“碳-14”具有放射性，所以是可以被檢測出來的，因此碳-14常被作為標(biāo)記物廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域，它可是事關(guān)多門學(xué)科的鑰匙。比如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域“碳-14”被做成膠囊，人們吃入膠囊后進行呼氣檢測，就可以檢測它其中的“碳-14”含量以此判斷人體內(nèi)是否含有幽門螺桿菌。
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)藥中加入“碳-14”，后期通過檢測農(nóng)作物上“碳-14”的含量，來判斷農(nóng)藥的殘留量。
“碳-14”還被用于測量環(huán)境空氣中的顆粒物濃度。如PM10、PM2.5等。
03“碳-14”會對人體有害嗎
“碳-14”具有放射性，那用它來檢測幽門螺桿菌或加入農(nóng)藥之中會不會對人體有害呢？我國對于“碳-14”有著非常嚴(yán)格的使用標(biāo)準(zhǔn)，事實上，我們做一次“碳-14”呼吸檢測所造成的輻射劑量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸一根煙所造成的輻射劑量，大約等于坐半個小時的飛機或者吃12根到14根的香蕉所造成的輻射劑量。
04怎么人造“碳-14”
隨著碳-14的深入應(yīng)用，它的需求量越來越大。目前，我國每年的幽門螺桿菌檢測需求超過3000萬人次。但由于各種原因，雖然國內(nèi)開展過醫(yī)用放射性同位素生產(chǎn)相關(guān)科研工作，但長期以來一直沒能真正形成生產(chǎn)力。那么問題來了，此次量產(chǎn)的“碳-14”是怎么被生產(chǎn)出來的？為何要用商用核電機組來生產(chǎn)？裝入核電機組堆芯的材料是科研人員專門研制的含有氮元素的靶件，氮元素的原子中有7個質(zhì)子、7個中子，氮在反應(yīng)堆中發(fā)生核反應(yīng)，會吸收一個中子、釋放一個質(zhì)子，形成一個有6個質(zhì)子，8個中子的新元素，這就是“碳-14”。
核電機組長期高功率運轉(zhuǎn)，可以提供穩(wěn)定的中子源，“碳-14”也就可以被持續(xù)產(chǎn)生出來。而在秦山核電站，重水堆機組中子通量高，簡單說就是中子特別多，因此在生產(chǎn)同位素方面具有獨特優(yōu)勢。
“碳-14”同位素在秦山核電開始大規(guī)模生產(chǎn)，標(biāo)志著我國“碳-14”的生產(chǎn)正式開啟了自主化道路。國產(chǎn)化以后，未來其產(chǎn)量可以基本滿足國內(nèi)需求，其價格將大幅降低，還將有助于帶動同位素應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。預(yù)計國產(chǎn)“碳-14”將于2024年開始向市場供貨。
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