探訪中國科大鈷源裝置

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工作人員在控制室管理輻照程序。徐旻昊 攝

二次創業的“標志牌”

“學校南遷合肥時，師資和儀器損失嚴重。鈷源裝置的建立，可以說是學校南遷合肥二次創業的一個‘標志牌’。”中國科大副教授、全程參與鈷源裝置設計、安裝、運轉的陳文明坦言。

鈷-60 是國際通用的放射源之一。當使用鈷源輻照物質時，其發射的γ射線與物質發生相互作用產生輻射化學反應或生物效應，這使得鈷源成為開展輻射化學基礎與應用研究必不可少的裝置之一。中國科大南遷合肥后，輻射化學專業一度因缺乏大型放射性鈷源而難以開展教學與研究工作。時任副校長的楊承宗著眼于國家原子能科學的長遠發展，向學校提出從國外購買大鈷源的申請，很快得到批準。

“早在1974年，楊承宗先生就積極推動鈷源輻照裝置與化學樓按照‘一個工程、分開設計’的原則同步建設。”陳文明回憶說，楊先生對鈷源室建設提出很多要求，到了幾乎苛刻的地步，他總是說“這是人命關天的大事，一定要保證絕對安全”。

鈷源輻照室的建設主要分為鈷源裝置的設計與建造，放射性鈷源的采購、運輸與投放，以及輻射防護三部分。由于鈷源發射的γ射線能量高且穿透能力強，需要對其進行嚴格屏蔽，學校最終采用濕法工藝保存鈷源。所謂濕法工藝，是指將鈷源存儲在深水井中，用水作為屏蔽物，使用時將其移出水井。采用濕法工藝的輻照室，須配以足夠厚的高密度混凝土墻作為屏蔽層，具有通風設施除去輻照中產生的臭氧和氮氧化物。在土建設計中，時任輻射化學教研室主任何堅力爭提高裝置防護性，使得鈷源室最高可承受20萬居里的放射性活度。

鈷源裝置的實際建造中，由于客觀條件所限，輻射化學教研室很多老師親自上陣。水下機械裝置如立柱、滑輪等所需的不銹鋼材料，均由校機械廠負責加工。在裝置建造之外，“水”的選擇也相當考究。由于采用濕法工藝，意味著鈷源實際保存需在水下進行，這對填充于深水井中的水質透明度有較高要求。在楊承宗先生的把關下，最終選用18噸去離子水作為深水井填充物。“因為我的眼神好，總共6根鈷源棒，我就安裝了其中的5根。”中國科大教授張志成笑言。

1984年4月10日下午，從加拿大進口的鈷-60運輸鉛罐經由上海運達合肥。在兩輛警車一路警笛長鳴的護送下，重達5噸多的鈷-60運輸鉛罐安全到達中國科大，當天晚上就順利完成投源工作，僅歷時6小時13分鐘。陳文明透露，投源前，鈷源升降裝置曾模擬運行1680次。投源后，鈷源升降裝置順利運行百余次，機械傳動裝置及電氣系統運行均正常。當年5月，時任副校長楊承宗、包忠謀領導的驗收小組對鈷源輻照裝置進行全面驗收，批準該裝置正式投入使用。

學生在輻照臺上擺放實驗樣品。徐旻昊 攝

科研育人的“助推器”

“輻射化學離不開‘輻射源’，沒有鈷源裝置輻射化學專業就辦不下去，人才培養就無從說起。”中國科大教授李希明表示，輻射化學是應“兩彈一星”任務而專門設置的專業化方向，鈷源裝置是輻射化學專業科研育人的“助推器”，沒有鈷源會嚴重制約學科發展。

葛學武是中國科大1978級輻射化學專業畢業生。“我們上學的時候，鈷源正在建設，做畢業論文時沒有用上。但后面的師弟師妹們很幸運，做實驗、寫畢業論文都用上了鈷源。”葛學武回憶說，科大鈷源裝置建成后，為輻射化學本科生、碩博研究生提供了科研工具和教學平臺，依托鈷源輻照裝置開設的本科生實驗課程就有電離輻射防護與劑量學、輻射化學、高分子輻射化學、輻射加工工藝等好幾門。

“鈷源裝置為原子能和平利用作出了重要貢獻。”張志成深情地說。依托鈷源裝置，輻射化學教研室開展了輻射化學及其應用基礎研究、核能相關材料的基礎研究，在高分子材料合成及改性、輻射治理三廢、輻射加工工農產品、納米材料、生物醫用材料等基礎理論和應用研究方面取得多項成果，獲得多個省部級獎項，推出的KG型印染助劑、反乳型合成增稠劑、高性能環保乳膠漆、自限溫電伴熱帶、衛生用吸水材料等一批新產品，不僅填補了國內空白，還大大推動了我國輻射加工產業發展，同時也為學校創造了相當可觀的經濟效益。

在輻射化學領域，中國科大培養了大批研究型和應用型人才，在全國享有崇高聲譽，這與楊承宗先生的倡導和推進密不可分。曾入選“全球頂尖一百材料科學家榜單 ”的美國加州大學河濱分校終身教授殷亞東，就是中國科大輻射化學專業1992級畢業生。“輻射化學方面的學生，哪怕具有一定天賦，也需要花費很長時間去入門，鈷源裝置是他們成才道路上必不可少的硬性條件。”張志成坦言。

中國科大輻射化學專業從建校時起，就源源不斷地為原核工業部、中國原子能科學研究院，中科院長春應用化學研究所、上海應用物理研究所、蘭州近代物理所、福建物質結構研究所，以及各省原子能相關院所、輻照中心、農科院所等培養輸送了大批人才，對推動原子能和平利用和核工業、輻射加工行業發展作出很大貢獻。

輻照臺上擺放的實驗樣品。徐旻昊 攝

交叉研究的“新平臺”

“實際上，鈷源裝置是一個前沿交叉研究‘新平臺’，是一種公共實驗裝置，不僅僅是輻射化學專業需要，化學與材料科學學院、核科學技術學院、火災科學國家重點實驗室、生命科學與醫學部、物理學院等多個學院在教學科研中都要用到鈷源。”葛學武說。

錢逸泰院士團隊，俞書宏院士團隊，俞漢青教授團隊，安琪教授團隊，林銘章教授團隊……如今，38歲的鈷源輻照裝置每天依然忙碌著，張開臂膀迎接著一批批前來做實驗的師生。“每年約有400人預約來鈷源室做各種各樣的實驗，其中既有化學與材料科學學院的師生，也有其他學院和科學島的師生。”鈷源室負責人王尚飛透露。

“去年，我們利用鈷源裝置研發了一種新型吸附材料，首次從海水中提純100克鈾，這對于實現碳達峰、碳中和目標具有重要意義。”國家同步輻射實驗室黨委書記李良彬說。他透露，目前全國80%的鈾靠進口，他們團隊與合作者在承擔的中科院建制化平臺“海水提鈾”課題中，利用穿透力極強的鈷源γ射線，把一種特殊功能基接枝到聚乙烯多孔膜上，研發出一種高吸附容量、長使用壽命的吸附材料。真實海水百克量級提鈾的成功實現，是海水提鈾工業化過程中的一個重大突破。“作為一種廣譜性材料改性手段，鈷源輻照可以同時誘發多種化學反應，是尋找和探索新功能性材料的重要裝置。”李良彬坦言。

合肥微尺度物質科學國家研究中心教授張國慶最近利用鈷源裝置，發明了一種新型亞克力樹脂薄膜材料，可用來檢測γ射線的輻射吸收劑量。該材料可以廉價噸級量產，在檢測γ射線的吸收劑量時，不需要其他電子元器件輔助，具有廣闊應用前景。在極端情況下，比如遭遇核泄漏時，在泄漏的輻射源附近用無人機空投這種一次性薄膜，通過機載激光進行遠程檢測，便可得知輻射源附近的核輻射分布。