探访中国科大钴源装置

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工作人员在控制室管理辐照程序。徐旻昊 摄

二次创业的“标志牌”

“学校南迁合肥时，师资和仪器损失严重。钴源装置的建立，可以说是学校南迁合肥二次创业的一个‘标志牌’。”中国科大副教授、全程参与钴源装置设计、安装、运转的陈文明坦言。

钴-60 是国际通用的放射源之一。当使用钴源辐照物质时，其发射的γ射线与物质发生相互作用产生辐射化学反应或生物效应，这使得钴源成为开展辐射化学基础与应用研究必不可少的装置之一。中国科大南迁合肥后，辐射化学专业一度因缺乏大型放射性钴源而难以开展教学与研究工作。时任副校长的杨承宗着眼于国家原子能科学的长远发展，向学校提出从国外购买大钴源的申请，很快得到批准。

“早在1974年，杨承宗先生就积极推动钴源辐照装置与化学楼按照‘一个工程、分开设计’的原则同步建设。”陈文明回忆说，杨先生对钴源室建设提出很多要求，到了几乎苛刻的地步，他总是说“这是人命关天的大事，一定要保证绝对安全”。

钴源辐照室的建设主要分为钴源装置的设计与建造，放射性钴源的采购、运输与投放，以及辐射防护三部分。由于钴源发射的γ射线能量高且穿透能力强，需要对其进行严格屏蔽，学校最终采用湿法工艺保存钴源。所谓湿法工艺，是指将钴源存储在深水井中，用水作为屏蔽物，使用时将其移出水井。采用湿法工艺的辐照室，须配以足够厚的高密度混凝土墙作为屏蔽层，具有通风设施除去辐照中产生的臭氧和氮氧化物。在土建设计中，时任辐射化学教研室主任何坚力争提高装置防护性，使得钴源室最高可承受20万居里的放射性活度。

钴源装置的实际建造中，由于客观条件所限，辐射化学教研室很多老师亲自上阵。水下机械装置如立柱、滑轮等所需的不锈钢材料，均由校机械厂负责加工。在装置建造之外，“水”的选择也相当考究。由于采用湿法工艺，意味着钴源实际保存需在水下进行，这对填充于深水井中的水质透明度有较高要求。在杨承宗先生的把关下，最终选用18吨去离子水作为深水井填充物。“因为我的眼神好，总共6根钴源棒，我就安装了其中的5根。”中国科大教授张志成笑言。

1984年4月10日下午，从加拿大进口的钴-60运输铅罐经由上海运达合肥。在两辆警车一路警笛长鸣的护送下，重达5吨多的钴-60运输铅罐安全到达中国科大，当天晚上就顺利完成投源工作，仅历时6小时13分钟。陈文明透露，投源前，钴源升降装置曾模拟运行1680次。投源后，钴源升降装置顺利运行百余次，机械传动装置及电气系统运行均正常。当年5月，时任副校长杨承宗、包忠谋领导的验收小组对钴源辐照装置进行全面验收，批准该装置正式投入使用。

学生在辐照台上摆放实验样品。徐旻昊 摄

科研育人的“助推器”

“辐射化学离不开‘辐射源’，没有钴源装置辐射化学专业就办不下去，人才培养就无从说起。”中国科大教授李希明表示，辐射化学是应“两弹一星”任务而专门设置的专业化方向，钴源装置是辐射化学专业科研育人的“助推器”，没有钴源会严重制约学科发展。

葛学武是中国科大1978级辐射化学专业毕业生。“我们上学的时候，钴源正在建设，做毕业论文时没有用上。但后面的师弟师妹们很幸运，做实验、写毕业论文都用上了钴源。”葛学武回忆说，科大钴源装置建成后，为辐射化学本科生、硕博研究生提供了科研工具和教学平台，依托钴源辐照装置开设的本科生实验课程就有电离辐射防护与剂量学、辐射化学、高分子辐射化学、辐射加工工艺等好几门。

“钴源装置为原子能和平利用作出了重要贡献。”张志成深情地说。依托钴源装置，辐射化学教研室开展了辐射化学及其应用基础研究、核能相关材料的基础研究，在高分子材料合成及改性、辐射治理三废、辐射加工工农产品、纳米材料、生物医用材料等基础理论和应用研究方面取得多项成果，获得多个省部级奖项，推出的KG型印染助剂、反乳型合成增稠剂、高性能环保乳胶漆、自限温电伴热带、卫生用吸水材料等一批新产品，不仅填补了国内空白，还大大推动了我国辐射加工产业发展，同时也为学校创造了相当可观的经济效益。

在辐射化学领域，中国科大培养了大批研究型和应用型人才，在全国享有崇高声誉，这与杨承宗先生的倡导和推进密不可分。曾入选“全球顶尖一百材料科学家榜单 ”的美国加州大学河滨分校终身教授殷亚东，就是中国科大辐射化学专业1992级毕业生。“辐射化学方面的学生，哪怕具有一定天赋，也需要花费很长时间去入门，钴源装置是他们成才道路上必不可少的硬性条件。”张志成坦言。

中国科大辐射化学专业从建校时起，就源源不断地为原核工业部、中国原子能科学研究院，中科院长春应用化学研究所、上海应用物理研究所、兰州近代物理所、福建物质结构研究所，以及各省原子能相关院所、辐照中心、农科院所等培养输送了大批人才，对推动原子能和平利用和核工业、辐射加工行业发展作出很大贡献。

辐照台上摆放的实验样品。徐旻昊 摄

交叉研究的“新平台”

“实际上，钴源装置是一个前沿交叉研究‘新平台’，是一种公共实验装置，不仅仅是辐射化学专业需要，化学与材料科学学院、核科学技术学院、火灾科学国家重点实验室、生命科学与医学部、物理学院等多个学院在教学科研中都要用到钴源。”葛学武说。

钱逸泰院士团队，俞书宏院士团队，俞汉青教授团队，安琪教授团队，林铭章教授团队……如今，38岁的钴源辐照装置每天依然忙碌着，张开臂膀迎接着一批批前来做实验的师生。“每年约有400人预约来钴源室做各种各样的实验，其中既有化学与材料科学学院的师生，也有其他学院和科学岛的师生。”钴源室负责人王尚飞透露。

“去年，我们利用钴源装置研发了一种新型吸附材料，首次从海水中提纯100克铀，这对于实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。”国家同步辐射实验室党委书记李良彬说。他透露，目前全国80%的铀靠进口，他们团队与合作者在承担的中科院建制化平台“海水提铀”课题中，利用穿透力极强的钴源γ射线，把一种特殊功能基接枝到聚乙烯多孔膜上，研发出一种高吸附容量、长使用寿命的吸附材料。真实海水百克量级提铀的成功实现，是海水提铀工业化过程中的一个重大突破。“作为一种广谱性材料改性手段，钴源辐照可以同时诱发多种化学反应，是寻找和探索新功能性材料的重要装置。”李良彬坦言。

合肥微尺度物质科学国家研究中心教授张国庆最近利用钴源装置，发明了一种新型亚克力树脂薄膜材料，可用来检测γ射线的辐射吸收剂量。该材料可以廉价吨级量产，在检测γ射线的吸收剂量时，不需要其他电子元器件辅助，具有广阔应用前景。在极端情况下，比如遭遇核泄漏时，在泄漏的辐射源附近用无人机空投这种一次性薄膜，通过机载激光进行远程检测，便可得知辐射源附近的核辐射分布。