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核電站和幽門(mén)螺桿菌檢測(cè)

看起來(lái)八竿子打不著的兩個(gè)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(yàn)

被長(zhǎng)期應(yīng)用于幽門(mén)螺桿菌感染檢測(cè)

但目前我國(guó)“碳-14”供應(yīng)全部依賴(lài)進(jìn)口

近日，全球首批商用堆“碳-14”輻照生產(chǎn)靶件

在中核集團(tuán)秦山核電三廠入堆

開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)

將徹底解決國(guó)內(nèi)“碳-14”同位素供給問(wèn)題

秦山核電操作人員將靶件緩緩插入堆芯

 “碳-14”究竟是什么？

和我們的生活又有什么關(guān)系？

今天小新帶大家一“碳”究竟

01

“碳-14”究竟是個(gè)啥？

地球上每一個(gè)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(jiàn)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(wàn)分之一的比例

先來(lái)一起重溫一下高中物理

質(zhì)子數(shù)決定了元素的種類(lèi)

在同一種元素中

會(huì)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(gè)質(zhì)子

想要識(shí)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(gè)中子

“碳-13”則有7個(gè)中子

“碳-14”有8個(gè)中子

正因?yàn)檫@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(gè)“好動(dòng)”的家伙

可能這會(huì)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(lái)干點(diǎn)啥？

既然“碳-14”具有放射性

所以是可以被檢測(cè)出來(lái)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(mén)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(jìn)行呼氣檢測(cè)

就可以檢測(cè)它其中的“碳-14”含量

以此判斷人體內(nèi)是否含有幽門(mén)螺桿菌

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

農(nóng)藥中加入“碳-14”

后期通過(guò)檢測(cè)農(nóng)作物上“碳-14”的含量

來(lái)判斷農(nóng)藥的殘留量

“碳-14”還被用于

測(cè)量環(huán)境空氣中的顆粒物濃度

如PM10、PM2.5等

03

“碳-14”會(huì)對(duì)人體有害嗎？

“碳-14”具有放射性

那用它來(lái)檢測(cè)幽門(mén)螺桿菌或加入農(nóng)藥之中

會(huì)不會(huì)對(duì)人體有害呢？

我國(guó)對(duì)于“碳-14”有著非常嚴(yán)格的使用標(biāo)準(zhǔn)

事實(shí)上

我們做一次“碳-14”呼吸檢測(cè)

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(gè)小時(shí)的飛機(jī)

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(lái)越大

目前我國(guó)每年的幽門(mén)螺桿菌檢測(cè)

需求超過(guò)3000萬(wàn)人次

但由于各種原因

雖然國(guó)內(nèi)開(kāi)展過(guò)

醫(yī)用放射性同位素生產(chǎn)相關(guān)科研工作

但長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)能真正形成生產(chǎn)力

那么問(wèn)題來(lái)了

此次量產(chǎn)的“碳-14”是怎么被生產(chǎn)出來(lái)的？ 

為何要用商用核電機(jī)組來(lái)生產(chǎn)？

裝入核電機(jī)組堆芯的材料

是科研人員專(zhuān)門(mén)研制的含有氮元素的靶件

氮元素的原子中

有7個(gè)質(zhì)子，7個(gè)中子

氮在反應(yīng)堆中發(fā)生核反應(yīng)

會(huì)吸收一個(gè)中子

釋放一個(gè)質(zhì)子

形成一個(gè)

有6個(gè)質(zhì)子，8個(gè)中子的新元素

這就是“碳-14”

核電機(jī)組長(zhǎng)期高功率運(yùn)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(lái)

而在秦山核電站

重水堆機(jī)組中子通量高

簡(jiǎn)單說(shuō)就是中子特別多

因此在生產(chǎn)同位素方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

 “碳-14”同位素在秦山核電開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)

標(biāo)志著我國(guó)“碳-14”的生產(chǎn)

正式開(kāi)啟了自主化道路

國(guó)產(chǎn)化以后

未來(lái)其產(chǎn)量可以基本滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求

其價(jià)格將大幅降低

還將有助于帶動(dòng)同位素應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

預(yù)計(jì)國(guó)產(chǎn)“碳-14”將于2024年開(kāi)始向市場(chǎng)供貨

“碳-14”生產(chǎn)開(kāi)啟自主化道路

解決了長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面

是中央企業(yè)

充分發(fā)揮創(chuàng)新主體作用

不斷提高科技創(chuàng)新能力的體現(xiàn)

這將進(jìn)一步助推相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)發(fā)展

為助力 “健康中國(guó)”建設(shè)做出積極貢獻(xiàn)