如今的中國人對伽馬刀手術應該不再陌生，世界第一臺伽馬刀是在1967年由瑞典人研制出來的，當這項技術被引入中國，很快便有了重大創(chuàng)新。

伽馬刀并非通常意義上的手術刀，而是一臺機器，它利用聚焦照射的γ射線對體內病變組織進行單次或多次大劑量照射，從而像手術刀一樣精準地摧毀病變，而對周圍正常組織沒有損害，因此形象地稱其為伽馬刀。

γ射線又稱γ粒子流，是繼α、β射線后人類發(fā)現(xiàn)的第三種原子核射線，具有很強的穿透力。

伽馬刀的γ射線來自于安裝在設備內的醫(yī)用鈷－60放射源。

鈷－60是金屬元素鈷的一種放射性同位素，它便是伽馬刀技術創(chuàng)新的關鍵所在，甚至可以說得鈷－60者前途不可“鈷”量。

一、臨淵羨“魚”，不如自家養(yǎng)“魚”

鈷－60在經(jīng)濟生活中具有廣泛的用途，但制備這種放射源卻是相當困難的。

首先，人們無法從自然界直接獲取鈷－60；其次，只有在特定的核反應條件下才能生產(chǎn)出鈷－60。

我們平常見到的鈷或者自然界中的鈷它叫鈷－59，它的質子數(shù)和中子數(shù)一共59個，但是如果在中子輻照的情況下，它會吸收一個中子變成鈷－60。

鈷－60相對于鈷－59而言，它不是一個穩(wěn)定的原子核狀態(tài)，既然不穩(wěn)定就要衰變，衰變過程就釋放出γ射線。

2010年之前，中國的工業(yè)鈷－60放射源依賴進口，當時世界上只有加拿大、俄羅斯等三四個國家掌握著生產(chǎn)技術。

當時，我們從國外進口的價格非常高，2000年左右接近30元人民幣一居里，當時我國對鈷－60的需求每年大約1000萬居里，因此每年都要耗費大量的外匯儲備來購買。

實現(xiàn)鈷－60放射源的國產(chǎn)化，是中國核技術應用的一個既定目標。

上世紀九十年代初，在與加拿大方面展開合作談判時，中方就提出在引進重水堆機組的同時，也能引進生產(chǎn)鈷－60的相應技術，但掌握此技術知識產(chǎn)權的加拿大公司，卻開出了極為苛刻的條件。

加拿大當時處于世界壟斷地位，絕大部分鈷－60都是在加拿大的重水堆上生產(chǎn)的，因此他們要900萬美元的天價技術購買費，而且還要低價包銷中國的鈷－60產(chǎn)品。

先解釋一下“重水堆”和鈷－60的關系，它們之間的關系就相當于是水池和魚的關系，加拿大愿意把“水池”賣給中國，但是不愿意教中國如何在里面養(yǎng)出這種名叫鈷－60的“魚”，如果中國想要這種養(yǎng)鈷－60的技術，就得拿900萬美元出來購買，更過分的是，最后養(yǎng)出來的鈷－60還只許低價賣給加拿大，這樣加拿大就可以繼續(xù)壟斷世界鈷－60市場。

這當然是不能接受的。

2002年、2003年，我國引進了加拿大技術建造的兩臺重水堆核電機組，在秦山核電基地相繼投入商業(yè)運行，這也是我國僅有的兩臺重水堆的核電機組。

引進技術建造重水堆核電機組，推進了中國核電技術的成長。

同時也帶來另一個契機，重水堆反應堆堆芯獨特的構造使之有了生產(chǎn)鈷－60的獨門絕技。

面對國外的核心技術封鎖和壁壘，隨著秦山核電基地兩座重水堆的投入運行，有了“水池”的中國核工業(yè)人決定，干脆自力摸索如何在這樣的“水池”中養(yǎng)出中國自主的鈷－60。

二、自主研發(fā)不容易，多部攜手共克艱難

鈷－60的自主研發(fā)主要有幾方面的困難，但看起來卻很簡單。

因為鈷－60的生產(chǎn)過程就是把鈷－59的調節(jié)棒放入重水堆中進行核反應。

首先是要把重水堆中的原不銹鋼調節(jié)棒換成鈷－59調節(jié)棒，但是，這需要一個物理設計計算，不是隨隨便便拿根鈷－59調節(jié)棒往重水堆里一插就可以的，掌握這個計算能力是前提，然后在此計算基礎上生產(chǎn)出的鈷－59調節(jié)棒才可以使用。

此外，這不是普通的化學反應，在整個反應堆上還要有屏蔽的容器，還有生產(chǎn)出來鈷－60后該如何保證儲存運輸?shù)陌踩��?/p>

這么說吧，整個生產(chǎn)線都是從零開始。

2004年中國核工業(yè)集團決定，由核技術應用的專業(yè)公司牽頭，聯(lián)合國內的核工業(yè)設計和生產(chǎn)單位展開鈷－60項目的科研攻關。

其中，研制鈷－59調節(jié)棒組件的重要任務由中核北方核燃料元件有限公司承擔。

從加拿大引進的重水堆的核電機組反應堆的調節(jié)棒是不銹鋼組件，必須用鈷－59調節(jié)棒組件來取代它們，但這不是簡單的替換問題，而是涉及到材料和金屬工藝技術的一系列革新。

調節(jié)棒里的核心是鈷－59芯塊，這個設計對它里面的晶粒度、性能，還有密度都有嚴格要求。

它是用一種粉末冶金的工藝制備出來的，與普通的金屬熔煉工藝大不同，但是粉末冶金的工藝制備有一個問題就是成品密度達不到很高的理論密度。

最后，中國的科研人員采取了一種特殊的方式，很好地解決了它的密度和晶粒度。

鈷－59芯塊經(jīng)過反應堆輻照成為高放射性的鈷－60，為防止芯塊萬一掉落金屬末污染環(huán)境，還要給芯塊鍍上10微米的鎳層。

因此在組裝過程中，要提前將鈷－59芯塊裝入鋯合金棒，將鈷棒進行密封。

最后進行相關的檢測之后，才可以進行鈷棒束的組裝，生產(chǎn)完鈷棒束之后，再采取穿“糖葫蘆”方式，將鈷棒束依次穿入連接部件，然后再用鎖緊螺母將組件進行鎖緊，這樣一個整體的組件就生產(chǎn)完畢了。

經(jīng)過近四年的研發(fā)，2008年8月，第一批符合設計要求的鈷－59調節(jié)棒組件終于生產(chǎn)出來。

2008年底，首批國產(chǎn)21根鈷－59調節(jié)棒被放入秦山基地重水堆機組的反應堆。

經(jīng)過一個循環(huán)周期的輻照后，2010年5月27日，這21根鈷調節(jié)棒安全卸出反應堆，宣告了我國批量生產(chǎn)工業(yè)用鈷－60同位素獲得成功，當把它們掛在乏燃料水池邊上，它們發(fā)出了優(yōu)美的藍光，令人印象非常深刻。

然而，鈷－60源具有高強度的放射性，為了保證人員和環(huán)境的安全，裝載、運輸鈷－60源的容器，必須要做到高度的屏蔽，還要堅固、防火、防摔，確保萬無一失。

2007年中國核電工程公司、北京核工程研究設計院的科研人員便開始研發(fā)大容量的鈷－60源裝載運輸容器。

上圖就是盛放運輸鈷－60源的容器，看著很普通，但是它的研發(fā)制造涉及了結構工藝、焊接材料、熱工、屏蔽、力學等各個專業(yè)。

比如力學計算，要保證容器的結構從9米跌落的事故條件下的包容性完好。

還有屏蔽，40萬或20萬居里的放射性是非常大的，容器便采用了不銹鋼鉛屏的屏蔽結構。

還有熱工，正常的運輸條件下它的表面溫度不能超過一定的限值，在事故條件下，容器里邊的鉛不會融化。

在多部門的協(xié)同努力下，鈷－60同位素實現(xiàn)國產(chǎn)化，打破了國外對鈷－60放射源的長期壟斷，從而改變我國在鈷－60源定價上的被動局面。

2011年，國產(chǎn)的工業(yè)的鈷－60正式投放市場，目前我們已經(jīng)在國內占據(jù)了70％以上的鈷－60市場。

2018年1月份，我們的工業(yè)鈷源成功地走出國門，出口到英國和加拿大。

三、真的“核芯”技術，前途不可“鈷”量

工業(yè)鈷－60源實現(xiàn)國產(chǎn)化之后，為我國輻照產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的動能。

鈷－60釋放高能γ射線的特性除了在醫(yī)學上用于伽馬刀放射治療腫瘤，還有眾多堪稱神奇的用途。

輻照加工最大的優(yōu)點是能在常溫產(chǎn)品完好包裝下實施深度殺菌，并延長食品和農(nóng)產(chǎn)品的保存時間，同時，還能抑制土豆、洋蔥、大蒜等農(nóng)作物發(fā)芽。

以前的產(chǎn)品里面添加防腐劑的時候，它的保質期最多也就達到6個月左右，進行輻照處理之后，它的保質期能達到9個月。

產(chǎn)品只要通過流水線，依次進入一個密室內，在不用打開包裝的情況下，接受核素發(fā)出的射線輻照即可，而射線就來自于封閉在室內的工業(yè)鈷－60放射源。

經(jīng)過γ射線輻照過的食品，是否會殘留放射性物質，從而給食用者帶來健康危害呢？

當然不會，它滅菌的原理其實與太陽下曬被子的原理很相似。

太陽下曬被子它、利用的是紫外線，而γ射線不會有任何的殘留，而且在輻照的過程中它不會與產(chǎn)品產(chǎn)生任何的反應產(chǎn)生有毒有害物質。

目前全球有70多個國家和地區(qū)批準對幾百種食品可采用輻照處理，在中國每年的食品輻照總量已超過10萬噸。

除了食品，鈷－60源發(fā)出的γ射線還可以用于更嚴苛的醫(yī)療用品消毒滅菌。

傳統(tǒng)醫(yī)療用品傳統(tǒng)滅菌方法有兩種，一類是高壓蒸汽，它的成本是比較高的；第二是用化學法（環(huán)氧乙烷），它的問題是殘留，所以用環(huán)氧乙烷滅菌的醫(yī)療器械，都要經(jīng)過檢驗證明，它的環(huán)氧乙烷小于10個ppm（濃度）才能使用，如果高于10個ppm（濃度）的話會對人體有害。

傳統(tǒng)的方法與輻照滅菌相比，不經(jīng)濟也不安全。

因為醫(yī)療器械是一定要進入人體的，所以它的安全性是頭等重要的，輻照滅菌可以確保達到十的負六次方的無菌保證水平，也就是確保這個產(chǎn)品是無菌的。

鈷－60除了用于食品殺菌保鮮和醫(yī)療用品的滅菌消毒外，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)上也有著特殊的用途，通過輻射誘變育種，培育高品質高產(chǎn)量的農(nóng)作物新品種，輻照還能將一些工業(yè)材料改性，使這些材料更加堅固耐用和安全，還可以對工業(yè)產(chǎn)品內部結構進行探傷檢驗。

四、終極挑戰(zhàn)：醫(yī)用鈷－60源的“中國芯”

創(chuàng)新沒有停止，伽馬刀產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展，使得伽馬刀醫(yī)用鈷－60源的國產(chǎn)化、自主化變得更加迫切。

醫(yī)用鈷－60源源和工業(yè)鈷－60源源最主要的區(qū)別就是鈷芯塊的結構方面，醫(yī)用鈷源的鈷芯塊的尺寸比工業(yè)鈷源更小一些，它最小的直徑是2．5毫米，醫(yī)用鈷源的規(guī)格更多一些，它的比活度要求很高，也就是它的放射性要特別高。

2012年到2013年，秦山重水堆大修周期延長到了兩年，鈷－59在堆芯內輻照之后，它的源的強度就可以達到醫(yī)用鈷的使用要求。

雖然重水反應堆的輻照具備了條件，但醫(yī)用鈷－60從芯塊到調節(jié)棒的制造，再到后期鈷源的分裝，在技術上都需要改造。

2017年4月，研發(fā)制造成功的醫(yī)用鈷－60調節(jié)棒組件被送入秦山重水堆反應堆，在經(jīng)過兩年的輻照后，2019年4月1日，醫(yī)用鈷－60順利出堆，這標志著我國通過自主研發(fā)成功掌握了醫(yī)用鈷－60生產(chǎn)技術。

生產(chǎn)出來的醫(yī)用鈷－60放射源還要在熱室里進行分裝，然后裝入密封的屏蔽容器，專業(yè)運輸?shù)劫ゑR刀生產(chǎn)企業(yè)裝配。

這一舉打破了國外高比度醫(yī)用伽馬刀源的壟斷地位，同時也大大地降低了伽馬刀源的成本，也為國內伽馬刀設備的生產(chǎn)廠家解除了后顧之憂。

醫(yī)用鈷－60實現(xiàn)國產(chǎn)化讓國產(chǎn)伽馬刀裝備上了“中國芯”，醫(yī)用鈷源成本的降低，也讓中國的伽馬刀在國際市場上更具競爭力，中國生產(chǎn)的伽馬刀，已出口至摩洛哥、越南、土耳其、美國等國家。

歷經(jīng)15年，中國的核工業(yè)人不斷求索，不懈努力，相繼實現(xiàn)了工業(yè)核醫(yī)用鈷－60源自主化、國產(chǎn)化，鈷－60源從進口到出口這180度的逆轉，是我國提高關鍵核心技術，自主創(chuàng)新能力又一個精彩詮釋。