中国放射性同位素技术与应用进展(放射性同位素示踪技术可以在环境、水文地质研究中发挥重要作用)

中国放射性同位素技术与应用进展张锦荣，罗志福（中国原子能科学研究院，北京102413）[摘要]介绍了中国放射性同位素与应用的发端,论述了放射性同位素及其制品的研发、生产、应用进展以及未来的发展前景。[关键词]原子能科学技术；放射性同位素；制备技术与应用[中图分类号]TL92[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2008)01-0061-09第二次世界大战后的半个多世纪以来，放射性同位素技术在保障国家安全、深化农业绿色革命、促进工业现代化、推动环保事业的发展、提高人类征服疾病的能力等诸多方面，充分显示出其先进性、不可取代性、交叉渗透性和应用的广泛性等独特优势。正如国际原子能机构（IAEA）在一份公报中指出的那样：“……就应用的广度而言，可能只有现代电子学和计算机的应用才能与之相提并论。”1历史回顾1956年，在我国制定的“科学技术12年远景规划”中，原子能科学技术被列为重要发展项目，其中，放射性同位素技术与应用作为一项主要内容。1958年，由前苏联援建的我国第一座重水反应堆和回旋加速器在中国原子能科学研究院投入运行，并研制成功首批33种堆照放射性同位素，开创了中国放射性同位素技术与应用事业。1967年，我国自行设计建造的游泳池式轻水反应堆和第一个放射性同位素研究实验室同时在原子能院建成，开始系统地开展放射性药物、标记化合物、放射源和质量控制方法的研究工作。从20世纪70年代起，该院为满足国内放射性同位素日益增长的需求，在国家支持下，于1972年先后建成医用放射性同位素和放射源研制生产设施；1982年，建成放免药盒、标记化合物研制生产设施和工业用放射源研制生产设施；1995年，建成裂变99Mo料液提取，99Mo-99mTc发生器及其配套药盒研制生产设施；1996年，原子能院与比利时合作建成一台先进回旋加速器及其放射性同位素药物研制生产装置。到20世纪90年代中期，原子能院利用反应堆、加速器研制生产的放射性同位素及其制品累计大约200种。门类基本齐全，制备技术成果在国内昀多，产品在我国核医学、工业和相关领域中广泛应用。1977年，酒泉原子能联合企业为利用乏燃料后处理分离的锕系元素和裂变产物放射性同位素，建成了放射性同位素研制生产设施和90Sr，137Cs，147Pm中试车间。先后研制生产氚灯、氚发光粉、氪（85Kr）灯、147Pm发光粉、241Am火警源、238Pu静电消除器、241Am-Be中子源、238Pu-Be中子源、137Cs辐射源等产品。1982年，中国核动力研究设计院建成反应堆生产放射性同位素设施。该院利用拥有的一座高通量堆和一座轻水反应堆，先后研制生产131I，125I，32P，89Sr等放射性同位素，凝胶型99Mo-99mTc发生器、113Sn-113mIn发生器、99Tc-MDP(云克)、工业和医用60Co、192Ir强辐射源、放免药盒等产品。20世纪80年代，中国工程物理研究院利用轻水反应堆从事放射性同位素及其药物研究，并研制[收稿日期]2007-08-18[作者简介]张锦荣(1958-)，男，江苏盐城市人,中国原子能科学研究院副院长,研究方向：同位素制品的开发；罗志福（1962-）,男，四川资阳市人，硕士，中国原子能科学研究院同位素所所长，研究方向：同位素技术研究2008年第10卷第1期61生产241Am火警源、氚钛靶等产品。从20世纪70年代起，中国科学院上海应用物理研究所一直从事3H，14C，35S等放射性标记化合物研制生产；80年代中期，又研制生产35S标记核苷酸和放免药盒。20世纪90年代初，上海应用物理研究所通过合资成立的上海科兴药业公司，利用从比利时IBA公司引进的一台回旋加速器，建成回旋加速器生产放射性同位素及其药物设施，主要研制生产加速器生产的SPECT,PET显像药物，还从事188W-188Re发生器、89SrCl2注射液等研制生产。到20世纪90年代中期，我国已经基本形成了包括反应堆、加速器生产的放射性同位素、医用放射性同位素制品与药物、工业用放射源与示踪剂等在内的放射性同位素及其制品的比较完整的研制生产体系。需要特别指出的是，在我国放射性同位素技术体系的形成过程中，凝聚着我国许多大学科研院所从事相关研究工作形成的技术成果和积累的经验。除原子能院外，我国昀早从事加速器放射性同位素研制工作的中国科学院兰州近代物理研究所，以及高能物理研究所、自动化研究所和四川大学等拥有加速器的单位，对加速器生产放射性同位素的制备进行了大量的研究工作，为我国加速器放射性药物和相关放射源的制备奠定技术基础。我国生物、医学等领域内的许多大学、科研院所和医院，为国内放射性药物、放射免疫药盒制备技术的发展，进行了大量卓有成效的研究，这里就不一一列举。我国放射性同位素研制生产的进展，促进了在农业、工业、医学以及相关领域中的应用发展。在原子能院“一堆、一器”建成后不久，前苏联援建我国的几个专业性同位素实验室即原子能农业利用研究室、冶金用同位素实验室、γ探伤实验室等相继建成。随后，从事核仪器、仪表和核控制系统的研制单位、生产厂的同位素实验室纷纷建立，促进了我国放射性同位素更广泛的应用。我国放射性同位素技术在农业上的应用是从1956年开始的。到20世纪80年代中期，主要开展了放射性示踪研究和60Co辐射源应用。1.1放射性示踪剂研究1963年，浙江农业大学等单位利用放射性示踪研究农药在水稻、果树等农作物和土壤中有机砷、磷、氮、硫的残留量和降解规律，为农药制定安全标准提供依据。1970年至1980年期间，中国农业科学院原子能利用研究所与北京农业大学合作，用32P为示踪剂，研究腐植酸对磷肥的增效作用和配方，用于我国腐植氮磷复合肥生产。1.260Co辐射源的应用20世纪50年代末，我国农业就开始利用60Co辐射源进行γ辐射育种、食品保鲜、促进植物生长发育和昆虫不育防治病虫害等研究，取得大量有重要经济社会效益的应用成果。其中辐射育种取得的成果，使我国成为IAEA成员国中，辐射育种品种昀多、推广应用昀广的国家之一。自20世纪70年代初，我国放射免疫分析药盒的研制和应用开始起步，到20世纪90年代中期，已经研制生产上百种放免药盒在国内大、中型医院广泛应用，并成为体外分析人体超微量生物物质的一种灵敏、可靠的技术，对疾病检查、普查、筛查发挥了重要作用。我国反应堆生产的放射性药物研制和应用是从20世纪60年代开始的。60年代末，由于医用放射性同位素停止进口和核医学临床应用的迫切需求，我国先后研制生产供应10余种医用放射性同位素及其制品，解决了国内核医学临床应用的燃眉之急。1986年，我国放射性药品生产、经营企（事）业单位，贯彻《中华人民共和国药品管理法》，并执行生产、经营许可证制度，使我国放射性药品生产经营逐步走上了法制化轨道。20世纪80年代末至90年代中期，我国研制生产的高活度裂变99Mo（料液）和99mTc发生器及其配套药物，加速器药物201TlCl注射液和67Ga-枸椽酸镓注射液相继进入国内核医学SPECT显像诊断临床应用，把我国核医学推进到现代核医学新的发展阶段。虽然早在20世纪50年代初我国水电部和第一机械工业部就曾采用γ探伤机进行金属部件探伤，但是，较大范围内开展工业应用始于20世纪70年代，主要应用在冶金、水利、石油、化工、机械和电子等部门，取得一些重要应用成果。例如，我国冶金部门采用45Ca，95Nb作示踪剂分别解决了控制钢、铁产品中钙杂质含量和提铌工艺中关键技术问题；又如，我国水利部门应用131I示踪技术，诊断病险水库坝体渗漏，利用一些放射62中国工程科学性示踪剂，研究泥沙运动规律，指导河道、港口疏浚，等等。20世纪80年代，大庆油田应用原子能院研制生产的131Ba微球代替原来采用的131I溶液示踪剂，建立了具有中国特点的测吸水剖面测量方法，在全国陆上油田测井推广应用。该项应用成果获得国家科技进步二等奖。我国工业用核仪器、仪表和核控制系统（NCS）工业都需要使用各类密封放射源。我国放射源的研制始于20世纪60年代。从70年代起，原子能院结合国内工业部门对多种放射源应用的迫切需求，开展放射源制备技术研究，并研制生产出大约20种放射源。80年代初，国家发布密封放射源标准，放射源质量上升到一个新水平，为我国工业用核仪器、仪表和核控制系统（NCS）的推广应用做出了重要贡献。2我国放射性同位素技术与应用进展2.1反应堆、加速器等基础设施的研究进展2.1.1反应堆目前我国在役的可用于放射性同位素制备的反应堆有4座：原子能院重水反应堆（HWRR）和轻水反应堆（SPR），核动力院高通量工程试验堆（HFETR）和岷江试验堆（MJTR）。其昀大功率分别为15MW，3.5MW，125MW，5MW；昀高中子注量率分别为8×1013，4×1013，6×1014，8×1013n·（s·cm2）-1；在建的可用于放射性同位素制备的反应堆有2座，预计2008年达到临界。其中，原子能院在建的中国先进研究堆（CARR），其昀大功率为60MW，昀高中子注量率为8×1014n·（s·cm2）-1。2.1.2加速器我国在役的制备放射性同位素的专用回旋加速器有2台。其中，1台为原子能院与比利时IBA公司合作建造，另1台为上海安盛科兴药业公司从比利时IBA公司引进的同类型加速器。其质子能量均为16～30MeV连续可调，昀大束流分别为340（内靶）～400μA（外靶双向总和）；北京师范大学、四川大学、高能物理所和兰州近代物理所等也有加速器用于放射性同位素科研；截止2007年3月，全国累计引进62台小型回旋加速器与PET配套使用，主要用来制备11C，13N，15O，18F等发射正电子短寿命放射性同位素及其药物。2.1.3研究及生产基础设施我国放射性同位素研究、生产基础设施主要集中在北京、四川、上海等地拥有反应堆、加速器的单位。1998年，国家科技部在原子能院同位素研究所建成了国家同位素工程技术研究中心。2007年，国家教育部在北京师范大学化学院建立了教育部放射性药物重点实验室。此外，国内一些高等院校、科研院所和企（事）业单位还分别专门建立开展放射性同位素及其制品研究、生产的基础设施和实验室。1998年我国放射性同位素行业开始按照ISO9000系列标准，建立质量体系，现在正按照GB/T19001–2000标准全面贯彻执行。1999年，国家开始按国际惯例在国内放射性药品生产企业强制推行《药品生产质量管理规范》《GMP》；到2005年，国内放射性药品生产设施全部按照《规范》的要求完成GMP改造，并建立了相关的质量管理体系，以保证生产经营的放射性药品安全可控。2004年至2007年期间，全国放射性同位素研究、生产、经营和使用单位的基础设施和工作条件，按照《放射性污染防治法》和国务院449号令《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》的要求，都进行了操作条件、监控手段的升级和管理的强化，以保障人员和环境的安全。2.2放射性同位素制备技术进展该制备技术主要包括制靶技术、堆器辐照技术和化学分离技术等。它的发展集中表现在近年来一些典型放射性同位素制备技术取得的进展上。2.2.1反应堆生产的放射性同位素制备技术1）131I（干法）。20世纪90年代，中国核动力院和原子能院，先后自主研究建立了用堆照TeO2靶干法蒸馏生产131I的新工艺，取代了过去一直应用的湿法提取分离131I工艺，实现稳定生产供应。其单次生产131I的能力均达到百居里水平。与湿法工艺相比，干法生产在密封真空系统中进行，因此，具有131I收率高、放射性浓度和放化纯度高、生产时间短、产生的放射性三废少，安全可靠，适合标记单抗和制备131I治疗胶囊等优点。2）125I（间隙循环回路法）。2004年，原子能院在轻水反应堆上，自主研究建立了间歇循环回路法辐照浓缩124Xe气体生产125I的新工艺，取代了用天然氙气体靶或低浓124Xe气体靶堆照生产125I的工艺。与以前工艺相比，该工艺简单、可靠，可以用热中子注量率较低的反应堆辐照生产。用该工艺生产的125I中的126I杂质含量低，质量达到国际同类产品先进水平，满