為核安全鑄劍
——記蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授史克亮

范佳樂

史克亮

核能的開發(fā)和利用是當(dāng)今世界解決能源短缺問題的首選途徑。然而，在核燃料循環(huán)過程中，往往會產(chǎn)生大量含有強(qiáng)放射性、高毒性及較長壽命的放射性核素。雖然經(jīng)過特殊處理和處置，在正常情況下它們不會對人類生活環(huán)境產(chǎn)生影響，但隨著時(shí)間推移，尤其是一些突發(fā)事件的發(fā)生，這些放射性核素會通過不同介質(zhì)經(jīng)土壤、大氣等進(jìn)入生物圈而影響人們的生活環(huán)境，甚至威脅人類的健康。蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授史克亮的工作就是立足國家核安全，開展環(huán)境中放射性核素的分析研究。多年來，他已經(jīng)在環(huán)境樣品前處理、典型放射性核素分離純化及質(zhì)譜測量等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

放化分析，大有可為

2002年，史克亮考入蘭州大學(xué)，本科畢業(yè)后在母校又繼續(xù)攻讀了碩士和博士。從進(jìn)入蘭大開始，他就把全部精力投入到放射化學(xué)領(lǐng)域，研究環(huán)境中低水平放射性核素的分析和檢測方法，為國家核安全護(hù)航。

“從核安全的角度來說，這些放射性核素一旦釋放到環(huán)境中，就需要對其進(jìn)行監(jiān)測分析。因?yàn)榇蠖鄶?shù)放射性核素的半衰期都很長，一旦它們遷移到人類居住的地方，就會形成長期的放射性污染，對人類的健康生活產(chǎn)生影響。因此，我們的研究就是要對所釋放的放射性核素進(jìn)行監(jiān)測，評價(jià)其污染程度?！备σ灰姷接浾撸房肆辆烷_門見山講起他做了十多年的研究工作。

通過海藻分析锝-99的含量、分布，及其對環(huán)境的污染評價(jià)，是他做的第一個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。锝-99是長壽命放射性核素，它的裂變產(chǎn)額較高。史克亮和團(tuán)隊(duì)把研究焦點(diǎn)放在海藻樣品上。鑒于锝-99能被海藻高度富集的特點(diǎn)，史克亮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，集中研究了海藻樣品中锝-99的準(zhǔn)確測定及快速分析方法，同時(shí)就海藻中锝-99的存在形態(tài)進(jìn)行了探究，建立了相應(yīng)的分析流程。針對熱不穩(wěn)定的特點(diǎn)，史克亮的研究還聚焦了固體樣品灰化及溶液蒸發(fā)過程中锝的損失，并優(yōu)化了相應(yīng)的灰化及蒸發(fā)條件。最終，史克亮的研究團(tuán)隊(duì)通過生物化學(xué)分離和ICP-MS測量相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境海藻樣品中锝的形態(tài)分析，建立了海藻中不同化學(xué)形態(tài)锝的分析流程。

锝-99的研究不僅僅在于獲得了分析流程和分析方法，更是首次采用質(zhì)譜測量的方法對形態(tài)進(jìn)行分析。也因此，史克亮開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。“以前測濃度手段有限，就是測不了很低。所以說，關(guān)注總量更多。現(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)除了關(guān)注總量以外，形態(tài)是非常重要的。以鉻元素為例，它屬于重金屬，重金屬的污染近年來備受關(guān)注，但形態(tài)不同（包括化合價(jià)），它的毒性也有差異，一般來講，3價(jià)鉻的毒性比較弱，而6價(jià)鉻有很高的毒性。如果一個(gè)地方的鉻是以3價(jià)存在的，它的影響或者毒性就是有限的。如果它變成6價(jià)，那么它的毒性就成倍增加了。所以說，形態(tài)很重要?！?/p>

在核科學(xué)領(lǐng)域跋涉，史克亮牢記的是“為國家核安全鑄好劍”。所以，他總是在努力向前，探索最新的方法，尋找最快的路徑。

童話王國，圓夢南極

2009年，史克亮遠(yuǎn)赴丹麥技術(shù)大學(xué)里瑟國家實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，英語卻讓他很頭疼。但是，里瑟國家實(shí)驗(yàn)室是由丹麥著名量子力學(xué)專家、諾貝爾獎得主玻爾創(chuàng)立的，其在放射性生態(tài)分析方面走在世界前列，研究方向包括環(huán)境放射性、放射性生態(tài)、輻射防護(hù)等，對大氣顆粒物、降雨、湖水、河水、海水、海洋沉淀物、土壤、植物、食品等進(jìn)行長期監(jiān)測和研究，具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。史克亮決定一試！

第一次走出國門，他感覺到的都是新鮮。而在實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)、研究以及與老師、同學(xué)們相處的過程中，他的語言能力也在不知不覺中得到了提高。在里瑟國家實(shí)驗(yàn)室，史克亮最欣慰的是，“完全沒有人干擾。如果你有想法，你就可以按照你的思路，高效率地完成”。3年時(shí)間，在放射分析領(lǐng)域，史克亮閱讀了大量的文獻(xiàn)資料，進(jìn)行了各種調(diào)研，也思考了很多問題。為之后的研究，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

就在攻讀博士期間，又一個(gè)機(jī)會來臨。這次，史克亮要去南極參加科考。這是由美國國家科學(xué)基金會和瑞典研究委員會聯(lián)合資助的花費(fèi)數(shù)百萬美元的阿蒙森海波利尼亞國際研究考察項(xiàng)目的開始。史克亮是46名科研人員之一，此次科考的目的之一是研究人類核活動對南極的影響。他們選擇以碘-129為研究對象，“這源于兩點(diǎn)：一是碘-129的裂變產(chǎn)額高；二是碘-129大多以氣體釋放”。據(jù)史克亮介紹，目前環(huán)境中碘-129的來源主要是人類核活動，通過乏燃料后處理目前已經(jīng)向環(huán)境釋放了約6100千克的碘-129。而碘具有親生物性，可與自然界中的各種有機(jī)化合物高度融合，因此研究其對于南極環(huán)境的影響意義重大。

繞著南極圈航行，史克亮的主要任務(wù)是采集水樣和空氣樣，目的是考察采樣區(qū)域內(nèi)的水和空氣有沒有被污染。“去南極之前，我想象中那里應(yīng)是一片冰天雪地，但到了才發(fā)現(xiàn)，實(shí)際情況跟我想象的有很大差距。在極地周圍，有些區(qū)域也是藍(lán)天碧水，可能是夏天的緣故，有時(shí)候遇到晴天，太陽光相當(dāng)強(qiáng)，感覺比丹麥的冬天要舒服?！笔房肆吝吔榻B，邊拿出當(dāng)年科考時(shí)的照片。

“這是我第一次見到冰山。在汪洋大海中，突然聳立起一座冰山，太奇妙了。冰山還沒看夠，海豹又出現(xiàn)了?？粗鼈円桓睉醒笱蟮臉幼樱孟裨谙蛭覀兺嘎兑粋€(gè)信號——它們才是那里的主人！”那是一段愉快的時(shí)光，雖然時(shí)不時(shí)有暈船的困擾，但“痛并快樂著”。

南極之旅，史克亮收獲頗豐。

跟學(xué)生做實(shí)驗(yàn)

設(shè)施退役，并非終點(diǎn)

回到蘭州大學(xué)后，復(fù)雜基體中關(guān)鍵放射性核素及其化學(xué)形態(tài)分析研究和放射性核素在固/液界面上的吸附和遷移行為研究是史克亮的兩個(gè)主要研究方向。近年，隨著核設(shè)施退役成為熱門話題，史克亮的研究中，又增加了一項(xiàng)內(nèi)容——核設(shè)施退役中的放射分析技術(shù)研究。

史克亮說：“核設(shè)施的壽命，一般只有幾十年。時(shí)間到了，就需要進(jìn)行處理。處理不是說把乏燃料進(jìn)行處理，而原來的設(shè)施就在那里放著不管。那樣，很多年過去了，地球上就會出現(xiàn)越來越多的廢舊核設(shè)施，嚴(yán)重影響環(huán)境安全。所以，核設(shè)施退役，是要把相關(guān)的設(shè)施拆除處理，最后變成一塊能夠再次使用的空間?！?/p>

對完成歷史使命的核設(shè)施來說，退役是終點(diǎn)。但對核設(shè)施退役及放射性廢物治理而言，又是一個(gè)重要研究方向的起點(diǎn)。在核設(shè)施退役研究中，史克亮的任務(wù)是建立不同基體中典型放射性核素的快速、準(zhǔn)確分析方法，為核設(shè)施退役安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定貢獻(xiàn)力量。

為了建立放射性核素的快速分析流程，史克亮將硒-79、鍶-90、锝-99等重點(diǎn)核素納入研究視野，開展了硒-79、鍶-90、锝-99在環(huán)境土壤、沉積物、水體中的放化分析研究。史克亮介紹：“從這3個(gè)核素來看，硒和锝是長壽命裂變產(chǎn)物，因它們較長的半衰期及較高的遷移能力，在放射性核素的安全評價(jià)過程中備受關(guān)注。鍶是重要的核裂變產(chǎn)物，半衰期為28年，裂變產(chǎn)高達(dá)5.9%，大量存在于輻照后的乏燃料中，也是核設(shè)施退役過程中普遍關(guān)注的放射性核素?！?/p>

研究中，史克亮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究不同的樣品前處理技術(shù)，在縮短預(yù)處理時(shí)間的同時(shí)，力求得到高的化學(xué)回收率。在目標(biāo)放射性核素分離、純化過程中，他們將傳統(tǒng)分離手段和現(xiàn)代分離技術(shù)相結(jié)合，通過搭建自動分離系統(tǒng)，提高了分離效率，避免了大量有毒試劑的使用，減少了人員直接操作放射性的時(shí)間。同時(shí)，結(jié)合電感耦合等離子質(zhì)譜測量時(shí)間短、分析檢測限低等優(yōu)點(diǎn)，建立了系列針對低水平環(huán)境樣品及事故情況下放射性核素的快速、準(zhǔn)確分析流程，部分已用于涉核企業(yè)的實(shí)際工藝分析中。

涉及核安全，史克亮所能做的，就是盡最大努力做好準(zhǔn)備，“召之即來，來之能戰(zhàn)，戰(zhàn)之能勝，為國效力”。