在中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司核工業(yè)理化工程研究院（以下簡稱核理化院）的實驗室中，有一些小小的透明玻璃瓶，里面裝著需按毫克計算的穩(wěn)定同位素產(chǎn)品。若不仔細(xì)觀察，很難發(fā)現(xiàn)它們的存在，但其價值卻遠(yuǎn)超同等重量的黃金。
上到航天飛船，下到手機(jī)電腦，穩(wěn)定同位素在日常生活中無處不在。近年來，以核理化院為代表的一批科研單位在穩(wěn)定同位素研發(fā)生產(chǎn)中不斷取得突破，為我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展提供了強(qiáng)大“核”動力。
作為核理化院首席專家、穩(wěn)定同位素技術(shù)研發(fā)中心總工程師，謝全新長期從事穩(wěn)定同位素技術(shù)研發(fā)工作，在科研一線深耕，取得多項創(chuàng)新成果。近日，他接受科技日報記者專訪，講述了我國穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大的歷程。
“它離我們一點也不遠(yuǎn)”
記者：提起同位素，很多人會感到比較陌生。您能否給讀者科普一下什么是同位素？
謝全新：物質(zhì)由原子組成，而原子又由原子核與核外電子組成。原子核里是質(zhì)子和中子。同位素就是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的一些核素。但因它們同屬一種元素，在元素周期表中位置是相同的，所以被稱為同位素。
記者：同位素有哪些種類？
謝全新：根據(jù)半衰期長短，同位素可以被分為穩(wěn)定同位素和放射性同位素。如果同位素半衰期超過現(xiàn)在的地質(zhì)時間（約5×109年），就被稱為穩(wěn)定同位素。
放射性同位素的半衰期要短得多。其原子核是不穩(wěn)定的，會在放射出某種粒子后自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌怂兀@個過程會產(chǎn)生輻射。
穩(wěn)定同位素和放射性同位素并非“井水不犯河水”。如果借助反應(yīng)堆或加速器，對穩(wěn)定同位素進(jìn)行輻照，就可將它轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫酝凰亍＿@也是穩(wěn)定同位素的重要用途之一。
記者：穩(wěn)定同位素似乎離大眾生活很遙遠(yuǎn)？
謝全新：不，其實它離我們一點也不遠(yuǎn)。比如，體檢時，醫(yī)生可能會檢查我們是否感染了幽門螺旋桿菌。現(xiàn)在最簡便的檢查方式，就是通過碳的穩(wěn)定同位素之一——碳-13進(jìn)行呼氣試驗。碳-13擁有超強(qiáng)的標(biāo)記能力，能給呼出的氣體打“記號”。通過前后對比，醫(yī)生能判定我們是否感染了幽門螺旋桿菌。再比如，硼-11等穩(wěn)定同位素被應(yīng)用于芯片制造等領(lǐng)域，生產(chǎn)手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品都需要它。因此穩(wěn)定同位素實際上被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展非常重要。
記者：近幾年我國穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)突然加速發(fā)展，背后原因是什么？
謝全新：在穩(wěn)定同位素研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域，相比許多發(fā)達(dá)國家，我國起步相對較晚。但經(jīng)過積累，技術(shù)差距正在逐漸縮小。近年來，產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速主要原因是我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展。
需要穩(wěn)定同位素的產(chǎn)業(yè)大多是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，比如芯片制造、航空航天、核醫(yī)學(xué)等。此前，我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展并不充分，對穩(wěn)定同位素需求小。
近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)升級速度加快，越來越多行業(yè)對穩(wěn)定同位素有了旺盛需求，加之相關(guān)技術(shù)水平不斷提升，穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)便步入發(fā)展快車道。
記者：需求這么旺盛，我國目前穩(wěn)定同位素生產(chǎn)制造水平能跟上嗎？
謝全新：目前，世界上只有幾個國家或地區(qū)可以大規(guī)模生產(chǎn)穩(wěn)定同位素。如果從穩(wěn)定同位素產(chǎn)品數(shù)量和產(chǎn)業(yè)規(guī)模兩個維度考量，我國已處于世界先進(jìn)水平。
記者：全球只有少數(shù)國家或地區(qū)可大規(guī)模生產(chǎn)穩(wěn)定同位素，那穩(wěn)定同位素生產(chǎn)的技術(shù)難點主要是什么？
謝全新：高品質(zhì)的穩(wěn)定同位素需具有高豐度和高化學(xué)純度，其中涉及的技術(shù)主要是分離和純化。從分離技術(shù)角度看，有的同位素天然豐度極低，比如氙-124，天然豐度只有0.096%，但用戶要求的豐度一般是99.9%以上，也就是說要借助技術(shù)手段把豐度提高1000多倍。從純化技術(shù)角度來說，必須針對目標(biāo)同位素，建立相應(yīng)純化工藝和方法。分離的元素不同，純化的工藝和方法不一樣。因此要獲得滿足用戶要求的同位素產(chǎn)品，需突破諸多技術(shù)難點。
“科研就應(yīng)與產(chǎn)業(yè)同頻共振”
記者：您在穩(wěn)定同位素研發(fā)領(lǐng)域取得多項重要成果，哪項成果您印象最深？
謝全新：印象最深的是研制鍺-76同位素。我們團(tuán)隊利用不到1年時間，完成了從實驗研究到規(guī)模化生產(chǎn)的跨越，滿足了國內(nèi)重大基礎(chǔ)研究對該同位素的需求。
記者：研發(fā)難點主要在哪兒？
謝全新：鍺-76同位素的研發(fā)過程包括研制專用機(jī)型、設(shè)計分離系統(tǒng)、制備四氟化鍺-76產(chǎn)品、將四氟化鍺-76轉(zhuǎn)化為二氧化鍺-76等步驟。主要難點體現(xiàn)在兩個方面：一是如何突破上述關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)出公斤級的小批量產(chǎn)品；二是在小批量研制基礎(chǔ)上如何進(jìn)行工藝放大，實現(xiàn)百公斤級產(chǎn)能。
記者：您和團(tuán)隊是如何突破這些難點的？
謝全新：接到任務(wù)后，科研團(tuán)隊緊鑼密鼓地開展了技術(shù)攻關(guān)，利用半年時間突破了關(guān)鍵技術(shù)，獲得了公斤級鍺-76同位素產(chǎn)品。之后，相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊與生產(chǎn)團(tuán)隊密切合作，順利生產(chǎn)出百公斤級鍺-76同位素產(chǎn)品，滿足了國內(nèi)無中微子雙貝塔衰變實驗對該同位素的迫切需求。
記者：您此前主要從事基礎(chǔ)研究工作，現(xiàn)在則重點面向產(chǎn)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。您如何看待科研和產(chǎn)業(yè)的關(guān)系？
謝全新：沒錯，我曾長期從事基礎(chǔ)研究工作。2021年核理化院成立穩(wěn)定同位素技術(shù)研發(fā)中心，中心的使命是堅持研產(chǎn)融合發(fā)展，打造世界一流的穩(wěn)定同位素研發(fā)平臺。那一年，我的工作重心發(fā)生了轉(zhuǎn)變。
穩(wěn)定同位素研發(fā)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密。產(chǎn)業(yè)有需求，科研就應(yīng)與其同頻共振，促進(jìn)創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈深度融合，避免成果“躺”在論文里。截至目前，核理化院已研發(fā)出20多種穩(wěn)定同位素產(chǎn)品，其中13種同位素產(chǎn)品進(jìn)入市場。
記者：您認(rèn)為，穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)未來會有哪些新發(fā)展趨勢？
謝全新：總體來看，同位素產(chǎn)業(yè)未來將呈兩種趨勢。
一是應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V。在20世紀(jì)80年代，世界上70%的穩(wěn)定同位素用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)林和食品安全領(lǐng)域。未來，穩(wěn)定同位素將在核能、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究、航天航空、半導(dǎo)體等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
二是同位素產(chǎn)品需求量會越來越大。比如，用于無中微子雙貝塔衰變實驗的鉬-100、鍺-76、氙-136等同位素以及用于核能領(lǐng)域的貧化鋅-64同位素用量有望達(dá)到噸級。
記者：著眼未來，目前我國穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)還存在哪些發(fā)展瓶頸？
謝全新：我國穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展迅速，但目前產(chǎn)業(yè)鏈整體發(fā)展仍不成熟，上中下游沒有完全貫通。此外，一些關(guān)鍵技術(shù)也亟待突破，下游應(yīng)用技術(shù)有的剛剛起步。例如，我國醫(yī)用同位素生產(chǎn)能力不足，大多依賴進(jìn)口。
記者：針對這些瓶頸，您有哪些建議？
謝全新：首先，要加強(qiáng)頂層設(shè)計和產(chǎn)業(yè)布局，以市場需求為導(dǎo)向，打通穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)鏈。其次，要加強(qiáng)多種技術(shù)融合發(fā)展，提升科技創(chuàng)新水平，打造產(chǎn)業(yè)核心競爭力。
“培養(yǎng)方式要一人一策”
記者：推動穩(wěn)定同位素發(fā)展離不開優(yōu)秀人才。目前在核理化院，青年人才占比如何？
謝全新：目前青年人才占多數(shù)，且已開始挑大梁，組成了實力強(qiáng)、能攻堅的科研團(tuán)隊。
記者：作為研究生導(dǎo)師，您對人才培養(yǎng)有什么心得？
謝全新：在我看來，研究生教育的主要目的是培養(yǎng)獨立判斷思考、創(chuàng)新解決問題的能力。每位學(xué)生的專業(yè)背景、性格和興趣不同，培養(yǎng)方式要因人而異、一人一策。比如，有的學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)好，編程能力強(qiáng)，研究的課題就可偏向理論研究。有的學(xué)生動手能力強(qiáng)，數(shù)理基礎(chǔ)相對薄弱，研究課題就可偏向?qū)嶒炑芯俊．?dāng)然無論是理論研究還是實驗研究，只是側(cè)重點不一樣，從事理論研究的學(xué)生也應(yīng)參與實驗，從事實驗研究的學(xué)生也需掌握必要的理論知識。
記者：同位素產(chǎn)業(yè)是核工業(yè)的重要一環(huán)，聚焦工程領(lǐng)域人才培養(yǎng)，您有哪些經(jīng)驗？
謝全新：我認(rèn)為，實踐對于工程領(lǐng)域人才培養(yǎng)至關(guān)重要。目前我們和清華大學(xué)開展聯(lián)合培養(yǎng)，清華大學(xué)學(xué)生可以來我們這里做畢業(yè)課題或?qū)嵙?xí)。學(xué)生到這里看一看，動手操作一下，和各種設(shè)備來個“親密接觸”，或許就能“激活”此前學(xué)習(xí)的理論知識。
記者：目前，穩(wěn)定同位素領(lǐng)域更需要什么樣的人才？
謝全新：現(xiàn)在穩(wěn)定同位素領(lǐng)域特別需要專業(yè)復(fù)合型人才。穩(wěn)定同位素是個“富礦”，還有許多應(yīng)用場景可挖掘。現(xiàn)在我國可以生產(chǎn)許多穩(wěn)定同位素，但我們不知道應(yīng)用場景。挖掘這些場景，需要既懂同位素分離，又懂同位素應(yīng)用的復(fù)合型人才。
記者：從事穩(wěn)定同位素研發(fā)生產(chǎn)需要耐得住寂寞、坐得住冷板凳。我們應(yīng)如何讓更多青年人才投身這項事業(yè)，并且坐得住、出成果？
謝全新：科研領(lǐng)域的任何關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)或新產(chǎn)品研發(fā)都不可能一蹴而就，需要科研人員發(fā)揚“板凳甘坐十年冷”的精神，沉心靜氣，埋頭深耕。為了讓更多青年人投身這項事業(yè)，一方面要引導(dǎo)青年人樹立正確的人生觀、價值觀，鼓勵他們潛心科研；另一方面要健全針對青年科研人員的綜合評價體系，探索建立以創(chuàng)新成果應(yīng)用、成果轉(zhuǎn)化為主要內(nèi)容的評價指標(biāo)體系。
記者手記
作為一名總工程師，謝全新可稱得上是一名“儒將”。他的鬢邊已有些花白，說起話來總是笑瞇瞇的，天然帶給人一種親切感。
給記者科普時，謝全新充滿篤定和自信。但一說起自己的工作，他就笑著擺擺手，不愿多聊。而說起團(tuán)隊的成績，他立馬來了精神，侃侃而談。
“干驚天動地事，做隱姓埋名人”是核工業(yè)人的座右銘，也是謝全新的信條。
在核工業(yè)產(chǎn)業(yè)中，同位素產(chǎn)業(yè)是重要一環(huán)，但相關(guān)從業(yè)者是幕后的幕后。不過，核工業(yè)人不怕坐冷板凳。
謝全新說，核理化院穩(wěn)定同位素研發(fā)從上世紀(jì)80年代末開始，如今已歷經(jīng)三十多年發(fā)展。其間，最艱難時只剩幾人堅守。但這“星星之火”使穩(wěn)定同位素事業(yè)傳承至今，使技術(shù)不斷進(jìn)步，產(chǎn)品不斷豐富。說到此處，謝全新有些哽咽。
從保障核工業(yè)起步，到如今走向市場面向產(chǎn)業(yè)，同位素事業(yè)發(fā)展環(huán)境不斷變化，但不變的是核工業(yè)人對技術(shù)的不倦追求和對初心的始終堅守。
（科技日報記者 都芃）
