在开始叙事之前，我们先来看看两则新闻。——第一则新闻发布时间是2022年10月28日，标题为《我国最大同位素生产基地启动建设》。消息称：中核秦山同位素生产基地建设项目在浙江海盐正式开工建设。项目建成投产后，将成为国内最大的同位素生产基地。同位素是进行医疗诊断、探索外太空所必需的材料。比如，钴-60、碘-131、氙-133、铱-192、锝-99m等主要用于放射性治疗和诊断显影；钚-238用来制造空间探索用的同位素电源。中核秦山同位素生产基地建设项目位于浙江省海盐县核技术应用（同位素）产业园内，项目总投资4.6亿元，规划建设5条同位素生产线，包括钴-60、碳-14、碘-131和锶-89等同位素。项目一次规划、分期建设，一期工程建设包括钴-60、碳-14在内的多条同位素生产线，将切实增强我国同位素国产化生产能力。中国大陆核电从秦山起步，秦山核电拥有国内唯一的商用重水堆核电机组，在同位素生产方面具有独特优势，其长期保持高功率稳定运行，还可以大批量持续供应同位素。自2009年起辐照生产工业钴源、2017年起辐照生产医用钴源以来，秦山核电积累了丰富的经验，培养了一支熟悉相关技术研发和实施的人才队伍。此外，医用放射性核素一般为短寿命核素，出堆以后衰减迅速，近距离生产、快速运输尤为重要。秦山核电地处长三角经济带核心位置，无论是供应到华东地区还是辐射全国，交通上都极为便利，具有极佳的区位优势。

——第二则新闻发布时间为2023年12月11日，标题为《中核集团：秦山核电产业化生产医用同位素项目进入实施阶段》。消息称：据中核集团官博消息，秦山核电与上海核工程研究设计院股份有限公司、中核北方核燃料元件有限公司近日在海盐召开同位素辐照生产装置制造与安装（准备）启动会，标志着秦山核电产业化生产医用同位素项目正式进入实施阶段。本次会议旨在加快同位素辐照生产装置制造与安装准备进程，以确保其在2024年4月前具备安装实施条件。

两则新闻，相隔仅仅一年时间。

同位素——这个对寻常老百姓来说十分陌生的名词，实则与人们生活、健康息息相关的物质，一次次地把秦山核电推上新闻热搜，进入了大众的视野。

什么是同位素？

学过化学的人都知道，质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。例如：氢有三种同位素，氕（H）、氘（D，重氢）、氚（T，超重氢）；碳有多种同位素，碳-12、碳-13和碳-14（有放射性）等。同位素在元素周期表上占有同一位置，化学性质几乎相同（氕、氘和氚的性质有些微差异），但原子质量或质量数不同，从而其质谱性质、放射性转变和物理性质（例如在气态下的扩散能力）有所差异。在自然界中天然存在的同位素被称为天然同位素，人工合成的同位素被称为人造同位素。

同位素可分为放射性同位素和稳定同位素。有的同位素很稳定，不会发生变化，被称为稳定同位素。如果某个同位素不稳定，会通过释放粒子的方式变为稳定状态，这种同位素被称为放射性同位素。放射性同位素原子核放射出粒子后变成另一种元素的现象被称为衰变。衰变后，不稳定的放射性同位素变得较为稳定，衰变过程放出的粒子或能量（电磁波）统称为辐射，辐射的粒子可以是α粒子、β粒子、γ射线或中子。放出α粒子、β粒子、中子可分别称为α衰变、β衰变、中子衰变，放出γ射线可称为γ辐射。有些放射性同位素是自然界中存在的，有些则是用核粒子，如质子、α粒子或中子轰击稳定的原子核而人为产生的。

一般而言，稳定同位素主要用来作为制备人工放射性同位素的靶料，最终可用于核磁检测、医药制造、半导体制造、幽门螺杆菌诊断、代谢示踪、肿瘤诊断、惯性导航、中微子探测、空间堆燃料棒组件涂层、核电池制造、核医学治疗、量子测量（原子钟、芯片钟、碱金属原子磁力仪）等。对于放射性同位素，人类既可以利用其自身带有放射性易于探测的特性，作为微量和超微量物质分析的重要手段，也可利用放射性同位素辐射粒子的能量，为制作特种能源、加工特种材料、杀死特定细胞提供全新思路。放射性同位素应用早已进入人类生活的方方面面，在农业、医疗健康、军事、航天探索、核仪表、辐射加工、无损检测等领域，都可以看到它的身影。

相比于传统的以实验堆作为放射性同位素生产平台的生产方式，相对于普通压水堆核电站来说，秦山核电开展放射性同位素规模化生产的核心优势来自2台坎杜-6型重水堆。1995年，秦山三期从加拿大引进的2台70万千瓦级的坎杜-6型重水堆，堆芯设计显著区别于压水堆，堆芯的热中子通量更高，慢化剂处于低温常压水平，采用在线换料方式，加之机组年稳定运行时间较长，使得重水堆在同位素生产方面优势显著，具备生产种类多且产量大等特点，长短半衰期同位素均能生产。

1995年7月，秦山抽调一批资深专家集中研究加拿大原子能有限公司提供的合同技术描述初稿，为工程项目合同的谈判进行准备。当了解到重水堆可以将堆芯21根不锈钢调节棒组件替换为钴调节棒组件，从而大批量生产钴-60时，专家组立即意识到这对于中国核技术应用产业发展的重要意义。

1995年底至1996年初，在中加双方第一轮技术谈判中，中方就提出了引进重水堆核电站应能同步引进钴-60生产，加方当时表示支持，并通过技术谈判达成一致意见，将钴-60生产列为工程主合同的设计变更项目。但是，在进入工程合同价格谈判阶段时，加方却有意取消了钴-60生产的出口。当时，为了确保项目谈判成功，秦山核电不得不暂时放弃引进钴-60生产这个子项目。1997年2月，秦山三期(重水堆)核电工程项目主合同经中加两国政府批准正式生效。

1998年，秦山核电在组织开展初步设计审查时，专家们又提出要为将来实施同位素生产做好准备。这一次，秦山核电做了“两手准备”：一方面再次联系加方，寻求增加钴-60生产合作；另一方面委托上海核工程研究设计院、中国原子能科学研究院等对利用重水堆进行钴-60生产的技术及实施做可行性研究。

谁知，加拿大原子能有限公司客客气气地以钴-60生产的知识产权为加拿大MDS Nordion公司所有为由，婉言拒绝了秦山核电的请求。的确，MDS Nordion公司掌握加拿大8台重水堆机组生产的钴-60资源。为了垄断市场，他们根本不想将技术卖给中方。他们说：“我们有足够的钴-60资源，对秦山核电增加钴-60生产不感兴趣。”

秦山核电依然没有放弃，就通过加拿大原子能有限公司继续联系。1999年，秦山核电与MDS Nordion公司进行直接谈判。谈判中，MDS Nordion公司傲慢地提出了一次性收费和多余的中间产品低价包销的条件。价格极其昂贵，条件极其苛刻，简直是漫天要价，欺人太甚。秦山核电显然不能接受，不得不终止谈判。

多次寻求国际合作未果，加之当时秦山三期正忙于工程项目建设，错失了同时建成机组与研发钴-60生产能力的时机。但是，“老秦人”始终未放弃同位素钴-60生产的目标。2000年，秦山核电和加方签署了钴-60生产的堆内改造部分的设计变更令，在机组建造期间完成与钴-60生产相关的三项重要改造，为机组运行期间开发钴-60生产技术奠定了坚实的基础。

秦山核电为什么下如此大的决心要生产钴-60呢？

原因其实很简单，那就是钴-60放射源在工业和医疗两个领域有着十分广泛的用途，应用范围包括食品保鲜、辐照育种、医疗器械消毒、工业探伤、材料改性和肿瘤的放射治疗等。两个领域应用的钴-60在结构和比活度水平上有不同的要求，因此一般称工业用的钴-60为工业钴-60，称医疗领域用的钴-60为医用钴-60。秦山核电采用了先工业钴-60后医用钴-60生产的开发策略。

改革开放以来，我国的钴-60辐射加工产业获得迅猛发展，2001年，随着中国加入世贸组织，国内的辐射加工产业迅猛发展，工业钴-60放射源需求从1998年约200万居里，到2005年增长到700万~800万居里，再到2015年前后增长到1000万~1200万居里。早在秦山三期2台重水堆引进之初，中国核工业人就了解到重水堆有大规模生产钴-60的优势，加拿大和阿根廷早已投入多台重水堆机组生产，产品基本垄断了国际市场，国内进口的钴-60放射源也多为重水堆生产的。利用国内2台重水堆生产钴-60，可以填补国内空白，符合建立节约型社会和可持续协调发展的要求。秦山三期核电工程属于容量引进而非技术引进。此前国内在重水堆方面的技术积累较少，短期内完全依靠国内技术力量独立开展重大堆芯设计修改，设计、研制和取证的困难非常大。为确保钴-60生产能够成功实施，秦山核电同步开展技术引进和自主化探索，做了两手准备。

在消化吸收坎杜核电站技术的基础上，依靠国内的技术力量自主开发具有自主知识产权的利用坎杜反应堆生产钴-60辐射源品牌，这是国家核技术应用产业和辐射加工事业的需要，符合国家可持续发展战略。1998年6月到1999年3月，秦山核电联合上海核工程研究设计院、中国原子能科学研究院在消化吸收重水堆技术的基础上，进行了利用重水堆生产钴-60的可行性研究，研究结果显示，用钴调节棒组件替代不锈钢调节棒组件在技术上是能够实现的，不会影响核电厂的运行安全和发电能力。1999年6月至10月，国家核安全局对可行性研究报告进行了初步评审。此次评审增强了参研各方自主开发的信心和决心，明确了总体开发思路。

2003年7月24日，秦山三期工程提前112天全面建成投入商业运行，电站管理全部由加方移交到中方手中。2003年11月，中国核工业集团公司组织专家讨论会，会议确定了“以我为主”的方针，启动自主设计、研制和生产。2004年2月，中核集团第二次总经理办公会决定由中国同位素公司具体组织实施利用重水堆生产钴-60项目，并要求秦山核电协助同位素公司完成反应堆修改的安全分析申请。同年，项目被国家发展和改革委员会列入国家高技术产业发展项目计划。上海核工程研究设计院受托开展靶件设计和生产的安全论证，中核北方核燃料元件有限公司受托开展靶件研制，中国原子能科学研究院受托开展封装生产，中核同兴北京核技术有限公司进行销售。

说起来容易，做起来难。自主研发谈何容易？这是一个巨大的挑战！没有什么事情，能够随随便便、轻轻松松地成功。“老秦人”选择了接受挑战。

这时，里里外外传来了不少质疑和反对的声音。

——有人说：“引进的核电站是由外国人设计的，我们自己有这种变更的设计能力吗？”

——有人说：“安全分析能够通过安全当局的审评吗？”

——有人说：“相对于秦山三期的生产发电，钴-60生产小菜一碟，没有必要！”

——有人说：“电站的主业是安全发电，搞好安全运行就行了！钴-60生产会给我们带来一定的风险，何必惹这个麻烦！”

…………

你一言，我一语，有赞成的，也有反对的。

怎么办？秦山三期领导层充分认识到钴-60生产项目具有巨大的社会效益，也是一种政治责任，责无旁贷，别无选择，只能前进，不能后退！必须成功，不能失败！

这是一次艰辛的跋涉。钴-60生产研发专项组成立了，囊括公司主管副总经理、副总工程师以及技术处、维修处、燃料操作处、保健物理处、核安全处、商务合同处、设备管理处、质保处以及运行处等职能部门，各路精兵强将齐上阵，一条心，一盘棋，共同参加项目开发。

没有图纸，没有样品，没有经验，自主研发的过程就像在充满迷雾的沼泽中前行。在引进的大型核电站上进行堆芯重大设计变更，这在中国核电的历史上尚属首次。风险犹存，责任重于泰山！

要知道，秦山三期核电工程只是容量引进，加方仅向中方移交2台建成的重水堆机组，不提供设计工具、设计模型和相关的设计人员培训。而中国本身在重水堆方面的技术积累较少，自主研发能依据的只有加方提供的少量设计文件。国外对重水堆生产钴-60相关技术完全封锁，设计文件中找不到任何信息，公开发表的文献中也难以找到只言片语。因此，这需要“老秦人”研发团队在深入消化吸收重水堆核电站技术的基础上，一切从头做起，包括设计能力和体系建立、研制能力和体系建立、安全分析建立、更换工艺和更换能力建立等等。 

如何才能完成这项艰巨的任务呢？

摆在“老秦人”面前的第一项工作就是自主设计，也就是说，“重水堆可以将堆芯21根不锈钢调节棒组件替换为钴调节棒组件而可以大批量生产钴-60 ”，那么就必须首先要做到新设计的钴调节棒组件能够等效替代原来的21根不锈钢调节棒组件，以保证替代前后的堆芯功率分布基本一致，原有的安全分析不变。

毫无疑问，这完全是“核”级设计，也是真正的“核心”设计，标准更高，要求更严。当时，“老秦人”面临的最大问题在于核设计程序不全，也无法获得国外的全套设计程序系统，必须自己搭建，计算的准确性成为大家关注的焦点。怎么办？“老秦人”没有单干、蛮干，而是对此进行反复比对校核，适时引入上海交通大学、西安交通大学等高校的技术支持，并利用秦山三期1号机组首次大修的机会，开展不锈钢调节棒反应性价值测量实验验证。经过不断讨论、反复迭代完善，完成了计算程序系统建立，实现了钴棒配置优化以及组件结构定型。

钴调节棒组件结构定型了，接下来就是靶件的研制。这项工作由中核北方核燃料元件有限公司承担，秦山三期与其一道进行探索和研制。为确保最终产品可用，他们采用了结构设计与试制相结合的方式，技术要求从严掌握，关键设计参数反复迭代产生，并顺利建成专用钴调节棒组件生产线，将试制的产品运往加拿大进行检测。研发团队前后完成了300份质保体系文件的编制，建立了完善的质量保证体系，2008年８月至11月，正式生产出第一批合格的钴调节棒组件。随后，秦山核电开始对钴调节棒组件进行严密科学的安全分析，对堆内三维温度场和流场进行模拟，组织开展实验，模拟真实环境进行测量。同时，研发团队进行了操作规程的准备，并根据操作规程开发出专用的工具，设计制作了模拟操作台架，模拟真实环境进行操作演练，培训了一批具有实践能力的合格操作人员，确保了实施中所有环节一次成功。

从自主研发启动后，秦山核电和中国同位素公司、上海核工程研究设计院、中核北方核燃料元件有限公司、中国原子能科学研究院、上海交通大学、西安交通大学等单位携手合作，全部依靠国内技术力量完成自主设计和研制，前前后后历时6年多时间，终于打通了全产业链技术。2006年6月，提交国家核安全局审查。2008年6月，经国家核安全局组织四轮审查和对话，获正式批准。2009年1月，首批钴调节棒组件装入秦山三期重水堆1号机组。2009年底，第二批钴调节棒开始换入2号机组进行生产，两次更换均是一次成功。两次入堆均进行了全面的、严格的验证实验，均是一次通过。至此，秦山核电2台重水堆开始持续投入工业钴-60 生产。

2010年5月，中国第一条万居里级热室生产线建成。

2010年6月，首批辐照完成的钴调节棒组件出堆。中国首次实现百万居里级钴-60辐照生产能力和万居里级钴-60放射源分装能力，产品质量达到国际领先水平，一跃成为全球三大钴-60供应国之一。

2013年，利用坎杜反应堆生产钴-60的辐照—分装生产线正式投产，“钴-60生产项目”被中国核学会列入“2011—2013年中国十大核科技进展”，荣获国防科学技术进步奖二等奖。

但是，“老秦人”没有停下优化改进的脚步，始终坚持“一次比一次做得更好”的工作理念，在2台核电机组首次更换不锈钢调节棒的操作成功经验的基础上，前后进行了10多项技术改进，确保操作更为顺畅，更换工期不断缩短，从最初的18天，缩短到12天；防护更为严密，更换操作人员的个人和集体剂量也逐年降低到一个很低的水平。

在2010年前，我国的工业钴-60放射源全部依赖进口，2010年秦山核电建成投产国产钴-60生产技术以后，形成以国产为主、引进为辅的供应局面，并从2018年开始国产钴-60规模出口海外市场。国产钴-60生产主要依赖秦山核电的商用重水堆机组。截至2021年12月，秦山核电2台重水堆已持续投入工业钴-60生产21堆·年，累计产出钴-60达8500万居里，满足国内70%左右的市场需求。全球钴-60供应日趋紧张，中国已连续4年每年向国际市场出口钴-60百万居里。2020年，新冠肺炎疫情期间，国内使用钴-60等核技术对医用一次性防护服进行消毒灭菌，将消毒时间从7至14天缩短到1天左右，极大缓解了疫情期间防护服紧张的局面，为抗疫赢得了宝贵时间。

然而，在钴-60生产项目上，这只是完成了梦想的第一步。

因为结构和放射性比活度问题，工业钴-60不能应用于医学的肿瘤治疗设备上。在解决了工业钴-60规模化生产的问题以后，医用钴-60规模化生产又摆上了“老秦人”的桌面。

1951年，瑞典Leksell研制出了世界上第一台伽马刀设备，以无创伤摧毁病灶而闻名。直至20世纪90年代末，中国才实现设备国产化。目前，国内现有的300多台伽马刀中有95%为国产，达到国际先进水平，并已出口10多个国家。但是，高比活度医用钴-60原料——伽马刀的“芯”，仍需从国外进口。21世纪初，由于加拿大的生产堆退役和阿根廷的重水堆翻新，医用钴-60原料供应短缺，曾一度制约了中国伽马刀设备的使用及国产设备的生产和出口。

“老秦人”看在眼里，急在心里。关键时刻，秦山核电责无旁贷，扛起国企之责，义不容辞地站了出来，领衔医用钴-60的技术研发，向梦想的第二步进军。

2015年，秦山核电携手中国同辐股份有限公司、成都中核高通同位素股份有限公司、中核北方核燃料元件有限公司和上海核工程研究设计院，再度合作，同心同德攻关医用钴-60规模化生产技术。

2016年，医用钴-60项目被列入中核集团“龙腾 2020”科研项目。

2017年4月，仅仅经过2年多的努力，在顺利完成了相关技术研发后，首批医用钴-60靶件装入秦山核电重水堆1号机组。2019年4月，在堆芯辐照2年后，首批医用钴源靶件出堆。同年9月转运到热室进行封装。秦山核电生产的医用钴-60完全满足医用要求，为伽马刀设备装上了充足的“中国芯”。伽马刀产业发展不再受制于美西方原料供应，为全世界的癌症患者带来了福音。

2019年，医用钴-60生产技术研发和量产实施项目与5G商用、第一艘国产航母交付、嫦娥四号登月等项目一起被评选为“中央企业2019年度十大创新工程”，又为“国之光荣”增了光、添了彩。

有人说，21世纪是化学的世纪。作为一个文科生，笔者在这个问题上根本没有发言权。但是，在我们的生活中，的确时时处处都离不开化学。比如，在秦山核电，笔者就看到了这样一个方程式，根本不懂得它到底是个什么东西。

³H→³He+β

的确，如果不解释，或许很少人能读懂上面这个方程式是什么意思。在与秦山核电专项工程处（同位素专项）处长李世生的对话中，笔者终于找到了答案。原来，上述方程式是同位素“氚”衰变的方程式。

然而，“氚”到底又是一个什么样的同位素呢？

我们知道，在中学《化学》课本的元素周期表中，“氢”位于第一位，是最轻的元素，也是宇宙中含量最多的元素，大约占据宇宙质量的75%。但在地球的大气和地壳中，游离态的氢却比较少，大多数氢以化合物的形式存在。如果按质量计算，地壳中的氢只占总质量的1%，而如果按原子百分数计算，则占17%，石油、天然气、动植物体都含有氢。氢有三种天然同位素，分别为氕（H）、氘（D）和氚（T）。它们的原子中都含有一个质子，但中子数分别是0、1和2。在自然界中，氕大约占99.9844%，氘大约占0.0156%，而氚的含量仅为1×10-15%。

氚是一种放射性同位素。它的拉丁文名称为 “tritium”，原意为“第三”，又称“超重氢”。1934年，英国剑桥大学研究组在加速器上用加速的氘核轰击氘靶，通过核反应发现了氚。在氚被发现后的一段时间内，人们对氚的放射性没有认知，甚至连卢瑟福都以为氚是稳定核素。你肯定会问：卢瑟福是谁？欧内斯特·卢瑟福是英国物理学家、诺贝尔化学奖获得者，被封为男爵，担任过英国皇家学会院士、会长。他在1898年最早报告了铀辐射中α射线和β射线的存在，并首先提出了放射性半衰期的概念，证实放射性涉及从一种元素到另一种元素的嬗变。1911年，他根据α粒子散射现象提出了原子核式结构模型，创建了卢瑟福模型（行星模型）。1919年，他做了用α粒子轰击氮核的实验，把从氮核中打出的一种粒子命名为质子。1932年，他指导詹姆斯·查德威克发现了中子。1937年在剑桥逝世。

第二次世界大战以后，人们认识到宇宙射线中的高能中子与大气上层化学元素的原子核发生核反应可能是自然氚的来源，通过大气沉降物降落到地球表面，参与水的自然循环。但氚的大规模生产和工程技术发展，同热核武器的研制是分不开的。1952年和1953年，美国和苏联先后进行了基于氘氚聚变反应的氢弹实验，使冷战升级。军事应用的需求促使氚的反应堆生产、提取、氢同位素净化和分离等工程技术全面发展，短短30年，6万多枚核弹头的生产导致地球的氚储量提高了几十倍。但是单一的需求，严密的技术封锁，使得氚的发展出现了严重的扭曲，阻碍了核能聚变和其他科学领域的拓展应用。

冷战结束之后，这一现象有所缓解。随着托卡马克装置（JET）的发明，美国热核聚变实验堆（TFTR）以及国际热核聚变实验堆（ITER）等设施相继问世，国际上就这一领域开展广泛合作。中国也在2007年竣工了东方超环（EAST）全球第一台“全超导托卡马克装置”，开启了我国可控核聚变工程。2020年，更加科学的中国环流器二号M装置（HL-2M）在中核集团核工业西南物理研究院建成并开始实验，我国聚变堆的研究已部分达到国际领先水平。

冷战时期，美国、苏联为了发展热核武器，用反应堆中子源照射锂靶（富含锂-6），时至今日，人工生产氚的技术已为部分国家掌握。人类已建成或正在发展的产氚技术主要包括：军用堆产氚，采用氟化锂、碳酸锂或锂镁合金做靶材；重水堆重水提氚技术；加速器制造氚技术和聚变堆产氚等。

显然，氚的用途十分广泛，它可以用于热核武器、科学研究中的标记化合物和制作发光氚管，还极有可能成为热核聚变反应的原料。在生命科学的许多研究工作中，氚标记化合物是必不可少的研究工具。例如，酶的作用机理和分析、细胞学、分子生物学、受体结合研究、放射免疫分析、药物代谢动力学，以及癌症的诊断和治疗等，都离不开氚标记化合物。利用氚的放射性特点，加上特制的闪烁剂，通过β衰变达到发光的效果，可以制造出很多种类的发光产品。例如潜水手表和氚灯，应用于深海、机场跑道和武器库这些不易于或不适合用电的场所。

 这就是科学的神奇所在。

越走近秦山，越感到秦山核电是中国民族工业的骄傲。越走近秦山，越感受到“老秦人”在“国之光荣”荣誉照耀下的“国之大者”的热烈心跳。

然而，对秦山核电来说，2台重水堆机组如何除掉氚，却是一道必须解决的技术难题。

这又是为啥呢？且听慢慢讲来。我们知道，秦山核电是拥有中国唯一商用重水堆的核电站，采用从加拿大引进的坎杜-6型重水堆核电技术。与一般的压水堆使用轻水作冷却剂不同，重水堆利用重水作为慢化剂和冷却剂。重水经过中子辐照会产生氚，极易通过呼吸和皮肤渗透进入体内。尽管核电站采取了大量有效措施用于氚的防护和减少氚的排放，但氚的不断产生和积累增加了电站的运行风险和管理成本，并且不能从根本上消除高氚运行的风险。

此外，在重水堆的设计中，机组运行寿期中，需要进行全堆的压力管更换。随着运行时间的增加，秦山三期2台重水堆机组慢化剂中的氚比活度逐年升高，工作人员的内照射剂量也逐渐增加。如果不采取除氚措施，更换压力管期间的慢化剂系统冲洗工作将可能导致氘排放超过我国环境排放限值要求。秦山核电重水堆的高氚问题也引起了生态环境部的关注。尤其在日本福岛核事件后，国家对氚的排放管理越来越严。为了给全堆压力管更换工作创造便利条件，减少更换期间的人员内照射剂量，从根本上解决机组高氚运行状态，参考世界上其他重水堆核电站，需要建设重水除氚设施来降低机组慢化剂重水的氚比活度。

毫无疑问，为了降低重水堆高氚运行的风险并确保2台机组压力管更换工作的顺利进行，秦山核电必须尽快完成慢化剂重水处理、降低重水氚比活度，这项工作显得更为重要和紧迫。

时不我待，迫在眉睫。秦山核电重水堆如何除氚呢？

目前，世界上的重水除氚工艺根据交换方式和操作条件的不同，可以分为三种，即蒸汽催化交换（VPCE）、液相催化交换（LPCE）、 联 合 电 解 催 化 交 换（CECE）。从世界核电行业来看，法国格勒诺布尔（Grenoble）核研究中心、加拿大达林顿（Darlinton）核电站的重水除氚装置采用的是VPCE工艺；印度在孟买的巴巴原子研究中心建造的重水除氚中试工厂、韩国月城核电站建造的重水除氚装置，均采用了LPCE工艺；俄罗斯圣彼得堡核物理研究所建立的除氚装置实验装置、加拿大乔克河实验室均采用了CECE工艺建立中试规模设施。

高氚重水的后端处理工艺主要分为两种：一种是低温精馏（CD）工艺，另一种是高氚水贮存（STORE）工艺。低温精馏工艺，就是经过前期处理，将氚以氢同位素气体（主要是DT、D2的混合物）的形式提取出来，然后再经过低温精馏工艺结合歧化技术将氚纯化作为产品出售。高氚水贮存工艺就是将慢化剂中的含氚重水通过前端工艺富集，使重水的氚比活度得以提升，当达到较高比活度时，将这些重水泵入高氚重水贮存箱贮存。

路径从别人的经验上来看是有的，方法从理论上来讲也是现成的，但是选择哪一种工艺更符合自身的需求呢？能不能从实际操作层面真正掌握它的技术呢？

一切都得从零做起！因为“老秦人”从未有过实战的经验。

怎么办？只有从调查研究中寻找答案，只有从科学分析中做出决策。秦山核电组织攻坚团队，分别对联合电解催化交换和蒸汽催化交换两种重水除氚方案进行了经济性比较，认为采用联合电解催化交换的重水除氚路线，可以显著降低氚产品的生产成本，是目前最为合理可行的一种工艺方案，也是国际上重水除氚技术的发展趋势。尽管蒸汽催化交换工艺和液相催化交换工艺难度比较低，具有流程简单、容易操作、安全成熟且可大规模生产的优点，但是其设备投资大、能耗高，且经济性差。而联合电解催化交换工艺的优点是交换率高、分离系数大、设备投资小、能耗低、经济性好。

国际上实现工程化应用的蒸汽催化交换加低温精馏（VPCE+CD）和液相催化交换加低温精馏（LPCE+CD）等技术的产品为氚，属于核管制产品。这些由加拿大、法国和韩国等少数国家垄断的技术受到核保障协议制约，导致无法全部引进。秦山核电经过多方调研和比较，在2016年也锁定了重水堆原设计方加拿大坎杜能源公司提供的联合电解催化交换加贮存（CECE+STORE）的技术方案，并和坎杜能源公司开展了合同谈判。

核心技术的谈判谈何容易？！

30多年来，“老秦人”始终懂得独立自主的不容易，更懂得自力更生的珍贵！核心技术是要不来、买不来、讨不来的！

由于核心技术上被“卡脖子”，在历时2年多的合同谈判期间，加方坎杜能源公司始终不愿承担关键设备供货责任和担保，双方虽经多轮谈判，但仍然无法达成一致意见。关键设备无成熟的设计和制造经验，设计和供货责任不明确，给项目的建设带来较大风险。另外，如果项目的核心技术受制于人，则项目建设受外部环境因素影响也越大。因此，秦山核电下定决心开展重水除氚项目的国产化研发和建设工作，独立自主掌握核心科技。

如何打破西方的垄断，实现重水堆除氚工艺的国产化？

封锁，对于一个国家的发展来说，无疑是一种极大的挑战。但是，历史已经证明并将继续反复地证明：只要我们坚定不移地走自己的路，封锁只会让我们更加自立自强。

万事开头难。“老秦人”深入研究国际上不同种类的重水除氚工艺，发现所有的重水除氚技术，其本质上都是一种精馏工艺。能否用最基本的方法来解决这个问题，寻求一条国产化的路线来突破重水除氚“卡脖子”的技术问题，打破国外垄断呢？

垄断挡不住“老秦人”前进的步伐，封锁也压不垮“老秦人”国产化的信心！秦山核电积极开展了国产化调研和技术论证，经过调研发现，那个时候国内的技术和实验大都以氢氘为主，即使有含氚的实验，受条件限制，氚比活度也很低。含氚实验中最高的氚比活度，与机组重水的氚比活度也至少有6个量级的差距，参考意义极为有限。

怎么办？

一把钥匙开一把锁。四处找钥匙的“老秦人”，一开始并没有想到钥匙其实就在自己的手中——“最宝贵的实验资源不就在我们身边吗？”

有一天，“老秦人”终于发现了这个秘密——这“最宝贵的实验资源”就是秦山三期重水堆机组中的高氚重水和配套重水升级塔系统。那一刻，真有点儿“骑马找马”的感觉了。

重水升级塔系统原本设计是用于处理核电站日常运行过程中产生的降级重水，将重水从水中“精馏”出来。这两者的沸点差1.43℃，分离系数较大，比较容易分离。如果通过升级塔系统进行重水和含氚重水的分离，验证重水精馏的可行性，就可以为重水除氚工艺项目的国产化提供一个可行的工艺验证。

真可谓“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”。然而，在处于运行状态的重水堆机组上开展验证实验，并没有得到所有人的赞同。为什么？

——有人认为：这样的实验会有排放异常的风险。

——有人认为：虽然理论可行，但升级塔能力有限，可能得不到分离的效果。

——有人还在想：能否回到从国外引进的老路上去。

…………

面对担心，面对质疑，面对不自信，是时候做出最后的决策了，优柔寡断永远没有创新的出路！

时任中核核电运行管理有限公司总经理的邹正宇力排众议，斩钉截铁地宣布：“我们只有做了才能验证我们的想法，只有迈出第一步才有国产化的可能！”

就这样，专项工程处牵头，运行处、维修处、技术处等多个部门联合起来，成立了以邹正宇为实验总指挥、熊小红为技术负责人的专项实验团队，制定了“解放思想，大胆突破，主动出击，解决核电‘卡脖子’技术”的战略思想。通过周密的实验前准备，在完成了安全、环境排放、设备可靠性、对机组的影响等一系列分析工作之后，秦山核电于2019年下半年在重水升级塔上开展了高氚重水除氚的实验。

重水除氚，对“老秦人”来说不是一个简简单单的工作，而是一项工程！

作为秦山三期重水堆第一批技术骨干，熊小红有着丰富、娴熟的重水堆运行管理经验。他介绍说：“重水对氚的分离浓集属于氢同位素分离体系，重水和含氚重水的沸点差只有不到0.05℃，分离度极低。以现有升级塔的填料高度为例，在处理轻水和重水时，可以达到底部出料为进料重水浓度的10倍以上，全回流（无进出料）工况下塔顶底的浓度比更是可以达到数千倍。但处理重水和含氚重水时，预计全回流工况下塔顶底仅有几倍的差距，还需要在正确的运行参数条件下才能实现。”

难题就像一块绊脚石，横在了前进的道路上。怎么办？

不懂不能装懂，不耻下问才是明智之举。这个时候，秦山核电的重水除氚专项实验团队邀请了天津大学化学工程学院的张旭斌、蔡旺锋和吴松海等教授，协助他们对氘氚分离的条件进行理论计算，找到较为合理的真空和温度区间，指导实验期间升级塔的运行参数设置，使之更适合氘和氚的分离。在实验执行期间，团队也不断通过对实际分离情况的分析，进一步搜索最优的分离参数设置。最终，通过不断尝试和努力，在升级塔全回流的情况下，塔底的氚比活度达到了进料的数倍，实现了含氚重水的分离，专项实验取得了圆满成功。

就这样，重水除氚专项实验达到了既定的分离目标和排放目标，充分验证了精馏技术进行含氚重水处理的可行性，实现了从0到1的突破，填补了国内空白。这项实验的成功为后续项目技术成熟度评价、项目工艺设计和建造奠定了良好基础，同时收集了国内第一手重水除氚和氚自辐照分解的宝贵数据。

在现场验证实验取得预期成果的基础上，秦山核电与中核工程公司、天津大学建立“小核心、大协作”的产学研融合创新体系，组成重水除氚科研团队，申报了中核集团“2030”集中研发项目，正式拉开重水除氚项目国产化研发、设计和建设的帷幕。不怕压、不信邪的“老秦人”也正式中断了与加拿大坎杜能源公司的谈判，彻底丢掉了“洋拐棍”。

2020年4月，重水除氚项目建议书获批。同年7月，中核集团集中研发科研任务书下达。由秦山核电作为承研单位，联合国内化工精馏领域著名高校天津大学和中核工程公司共同组成科研团队，负责开展重水除氚项目中关键参数、精馏工艺设计和高性能填料、分布器等11项课题的研发工作。至此，秦山重水除氚设施项目正式翻开了新的篇章。

下一步的工作，就是进行高性能除氚填料的国产化研发工作了。

“老秦人”知道，虽然在升级塔的实验取得了成功，但离转为工程化设施还有很长的路要走。李世生介绍说：“其中最关键的科研课题就是高性能填料的研发，填料的性能是决定项目成败的关键。表征填料性能的理论塔板数也是研发的关键，理论塔板数越高，塔的高度就可以降低，整个项目的工艺和成本就可以得到优化。”

这个时候，科研团队邀请到了清华大学费维扬院士对填料的研发进行指导。作为国内最早研究重水生产的专家之一，费维扬对氢同位素精馏的填料生产加工有着非常丰富的经验。在研究讨论过程中，他强调说：“重水除氚属于特殊的氢同位素分离体系，与普通化工中常用的不锈钢填料、陶瓷填料和塑料填料不同，这个体系所使用的填料需要使用特殊的金属作为原料，采取合理的编织方式加工成丝网填料，再进行表面的氧化改性，才能满足氢同位素分离的需求。”

什么叫指点迷津？费维扬的这个指导性意见，为科研团队在填料材料选择上指明了方向，帮助科研团队少走了很多弯路。

为了验证科研团队自行研发和制造的改性填料性能，秦山核电研发团队又到石家庄寻求河北科技大学张向京等专家教授的帮助。在张向京的指导下，建造了一座高12米的精馏实验塔，用以测试科研填料的性能。谁知，在第一次尝试时，填料的性能测试结果很不理想，填料的理论塔板数不到3理论板/米，未能达到重水除氚设施的设计要求。但是，科研团队并未因此意志消沉，继续迎难而上，从多个维度开展研究，探索影响填料性能的因素。

功夫不负有心人。通过科研团队近一年的不断摸索和数百次的取样分析，对填料材质选择、丝网编织方式和氧化层改性方式等多项工艺进行改进和优化，填料的制造工艺不断迭代翻新，填料的理论塔板数也从最初的不足3理论板/米，逐步攀升到7理论板/米，最终达到14理论板/米。这一数值已经超过了国外填料在升级塔上的表现，虽然还需要工程化的进一步验证，但已经取得了国内填料的重大突破。

随后，在历时近2年的研发过程中，科研团队又先后3次邀请清华大学费维扬院士、苏州大学王殳凹教授、天津大学李鑫钢教授和浙江大学王丽军教授等国内行业专家对重水除氚设施的工艺设计和高性能填料研发成果进行评审。专家们对科研团队的研发提出了很多宝贵意见，使科研团队在重水除氚设施的工艺设计方面更加完善，填料制备工艺和性能不断取得突破。2022年11月，高性能填料通过鉴定，专家一致认为研发的高性能重水除氚填料已具备工程化应用条件。

因为在高性能除氚填料研发上获得重大技术突破，精馏塔的设计也从原先的11座塔减为9座，节省了项目部分设备的投资。国产化工艺路线与之前拟引进的加拿大坎杜能源公司的技术方案相比还节省约1亿元的投资。同时，项目建设工期和设备采购周期等影响项目进度的关键路径也大大缩短。

核电工程无小事，安全工作无小事。回顾重水除氚工艺研发的艰难历程，李世生话里话外都显得不那么轻松。他说：“采用精馏技术进行除氚在国内外属于首次，国家核安全局对秦山重水除氚项目环评和安全分析的审评非常谨慎和严格。中国核电工程公司作为项目环评和安全分析报告的编制单位，与秦山核电共同发挥各自在安全分析计算和重水堆运行经验上的优势，对秦山重水处理设施对重水堆机组安全运行、环境排放和事故后影响等核心问题进行了细致全面的分析，并先后与国家核安全局及审评中心开展了10多轮正式和非正式的对话，对百余项问题进行了翔实、缜密的回答，为环评和安全分析获批奠定了坚实基础。”

现在，秦山重水除氚设施项目已经完成初步设计，项目的环境影响评价和安全分析报告也已获批，项目正式进入了建设阶段，这标志中国重水堆重水除氚技术国产化已取得阶段性的成果。根据计划，秦山重水除氚设施项目将于2024年年底建成投产。项目建成投产后，可有效防范高氚事故风险并降低向环境的放射性排放，降低高氚运行风险。预计可使电站工作人员内照射剂量下降50%，产生良好的社会效益和生态效益。秦山核电重水除氚设施的国产化技术研发和工程建设，不仅填补了国内重水处理技术领域的空白，后续还可以向压水堆处理含氚废水、燃料后处理除氚和氦-3生产等多个领域进行扩展性研究探索，带动中国核电其他产业的发展，实现更广泛的价值提升。

彻底丢掉“洋拐棍”，打破西方技术垄断，“老秦人”以自己的勤奋、智慧和创造，再一次证明了中国核工业人的志气、勇气和底气。 

2023年6月20日，为全面贯彻落实党的二十大精神，加快推动落实2022年浙江省政府与中核集团签订的《战略合作协议》关于加强核技术应用全面合作、在海盐共建“中核—浙江”省级核技术应用产业园相关要求，秦山核电与海盐县人民政府签订战略合作协议，共同打造全国核技术应用产业示范基地，积极推动同位素应用产业链发展，解决核技术应用领域关键问题，助力“健康中国”建设，为再铸新时代的“国之光荣”贡献海盐智慧和中核力量，树立企地融合发展的新典范。

张爱萍上将曾经以诗一样的语言饱含深情地说：“核电是放光发热的，我期待着秦山核电厂放出万丈光芒！”点亮万家灯火的秦山，比万家灯火还要亮！追光的人，终会光芒万丈！

同位素之光，创造美好生活。秦山核电同位素生产技术开发是一项集体的、光荣的、崇高的事业，许许多多的人在幕后默默无闻地做了许许多多的事，他们严守安全成就事业、勇担国任成就光荣、自主创新成就跨越、开放合作成就典范、超越自我成就梦想，写下了“国之大者”的奉献之歌，是真正的无名英雄。在秦山，我没有机会看见他们，也没有时间与他们对话，甚至也不知道他们的姓名，但他们的故事已经被写进了历史……

责任编辑：杨丰美