一说碳14，很多人会表示惊讶。

这不就是测定年代的东西吗？也就是考古的时候能派上用场，突破了有什么高兴的？

这就不明白了吧？测定年代仅仅是碳14的一个用法，它还在医疗、农业、化学、生物学中有着广泛的应用。

所以碳14的医用价值，科研价值是相当高的。

在提取碳14的技术突破之前，中国的碳14获得途径，几乎都是进口。

除了能在实验室里制作出一点点之外，工业化的生产是一点都没有。

所以碳14长期以来都是国外垄断的，价格昂贵就不说了（四十万元一居里，而且价格还在上涨），就算是出钱购买，对方不一定卖。

如今突破了技术，将碳14国产化，至少在医疗领域相关的应用上，价格会有大幅度的下调。

今天先说一说碳14的相关知识，然后再来说说中国如何突破垄断的。

碳14的发现得归功于两个人，马丁.卡门和塞廖尔.鲁本。

当时鲁本对一个生化难题特别的感兴趣，那就是植物的光合作用最终的产物是氧气，那么光合作用的源头是不是碳？

这个问题一般人听起来，感觉很太简单了，植物吸入二氧化碳，然后合成氧气，不是碳是什么？

这其实和1+1=2是一个道理，一般人认为这个算式是正确的，科学家考虑的是，为什么是正确的，给出理由。

所以光合作用的源头，也就是科学家追寻的一个难题。

鲁本的研究，让卡门也产生了兴趣，所以两个人，就开始攻克这个难题。

最终他们在实验室里使用回旋加速器，得到了碳14。

不过这两位的命运很不好，鲁本在发现碳14之后的第三年，被害。

被害的方式是，将一个装有磷化氢剧毒的瓶子丢入到鲁本的实验室，被毒身亡。

而鲁本的死，卡门也成为了嫌疑人。

后来卡门因为和一位他国的外交官吃了一顿晚餐，就被指控犯了间谍罪，在此后的几十年的时间里，卡门的心思已不在研究上了，而是为洗刷自己的罪行奔波。

而碳14，在这段时间里在各行各业中大放异彩。

碳14是什么？

它是碳的同位素，所谓的同位素，指的是原子核内，质子数相同，但中子数不同的一类原子。

所以同位素还有另一个名字，叫相同元素变体。

那么在地球上，构成生命的四大元素，有碳元素、氮元素、氢元素、以及氧元素。

而碳元素的同位素有三个，分别是碳12、碳13、碳14。

这三个同位素中，碳12是最为常见的，它的原子核里有六个质子和六个中子。

碳12有多常见呢？

在地球上的碳元素中，99％的碳都是以碳12的形式存在，其中大约1％是碳13。

所以碳14在地球上的含量低的令人发指，根据科学家的估算，在一万亿个碳原子中，才能找到一粒碳14原子。

那么碳14的含量为什么会如此之低呢？

主要原因有两个。

其一碳14的来源很特殊，需要用宇宙的射线，对大气层进行轰击，在这个轰击过程中才能诞生。

而在诞生之后，又会有很大一部分扩散到太空，所以能留在地球上的碳14是及其稀少的。

说道这里，就有一个疑问，碳14是怎么在这种轰击中诞生的？

这么说吧。

这股宇宙射线其实主要就是太阳风。

所以它是一种带电的高能亚原子，这些亚原子可以分为三个大类。

包括占据89％的质子，10％的氦原子，以及含量只有1％的重元素。

这股带电高能亚原子流击中地球大气层中的分子，其中占据绝大多数的质子会变成中子，而中子又会和氮14进行合成，变成碳14。

这也是为什么碳14衰变之后，会变成氮14的原因，相当于释放了能量还原回去了。

其二碳14与碳12和碳13相比较，有一个特殊的属性，它具有放射性，所以碳14是可以进行衰变的。

想想看，本来产生的碳14就少，它还会衰变成完全不同的元素。

这两个原因导致碳14 在自然界中稀少。

人类一直把自己叫做碳基生物，这主要原因是人类的身体，在不断的吸收着和大气浓度相同比例的碳元素。

而这些碳元素又是连接氨基和羟基的主要物质，所以人类的生命是和自然界中的碳进行循环交换的。

当人体死亡之后，这种交换才会停下来。

那么人体内的碳14也就停止了外界的交换，碳14就会寄存在体内开始衰变。

其实在地球上，不仅是人类这样碳基生命体内含有碳14，所有的有机质都有。

那么根据这个衰变迹象，就可以推断出很多东西。

比如考古中的碳14断代法。

碳14的半衰期是五千七百三十年，在考古中发现骨头、木头等等的有机质，就可以进行碳14测定，看看减少了多少，就可以得出这个物体死亡的时间，距今多少年。

不过可惜的是，这套方法并不是卡门和鲁本发现得，而是在1946年的时候，来自芝加哥的一位化学教授提出的。（提出的是理论上的可行性）

然后在1947年，才建立起了碳14测量的具体方法，从而推断有机质的年代。

到了1949年，才摸索出一套完整的理论，从而确定了碳14断代的方法可行。

就是这套方法，让这位化学教授得到了1960年的诺贝尔化学奖。

不过这套方法，在如今这个时代，发生了变化。

什么意思呢？

在过去很长时间里，地球的碳14基本上没有什么变化的。

但如今核武器的出现，让碳14在大气中的含量发生了改变。

上文中提到碳14的来源，主要是宇宙射线和大气层的碰撞诞生的，但核武器的爆炸，同样可以诞生碳14。

所以近些年来，碳14在空气中的含量提高了。

而有机质的特点是和空气交换同等比例的碳元素，直到死亡这种交换才会停止。

也就意味着碳14提高的今天，有机质中碳14的含量也提高了。

这就意味着，如果还按照过去的方法进行测定现在的有机质，就会出现偏差。

说道这里，就会产生一个疑问，人体内有碳14，而碳14是放射性元素，那么人体是一个很强的放射源？

对于人体中碳14的放射性科学家们其实也注意到了。

也进行过研究。

最终有这么个结果。

一个体重有一百二十斤的人，他的体内无时无刻的都在进行放射性衰变，其中碳14每一秒会释放出两千五百个贝塔射线。

这些贝塔射线全部被这一百二十斤的人体吸收，吸收量每年是0.033毫西佛。

而人体所承受的吸收量极限是1毫西佛，所以这点辐射人体还是可以接受的。

当然，人体也是一个辐射源，向外辐射射线的，但因为吸收了一部分，所以单独的一个人体，辐射强度并不大。

现在明白了碳14的作用，再来聊聊碳14在医疗领域的功用。

碳14在医疗领域中，使用最广泛的应该是诊断幽门螺杆菌感染的试验药盒。

这是一种带一支吸气管，一个紫色药水的套装。

使用了这种套装之后，然后再用一台比电脑大两圈的仪器进行检验，大约半个小时之后，就可以确定幽门螺杆菌是否感染。

相对来说这种方法非常的简单，毕竟只要呼吸一次，就可以进行检验了。

听起来似乎没什么，这个可以理解，毕竟幽门螺杆菌这是一个很专业的名字，也听不出来什么。

要明白一点，幽门螺杆菌是胃癌最重要的一个致病因子。

所以对于幽门螺杆菌的重视不能不提高。

还有一个要重视油门螺杆菌的原因，是在2023年中国发布过《中国幽门螺杆菌感染防控》的白皮书。

在这份白皮书中，就提到过，中国的幽门螺杆菌感染的人群将近一半。

如果要测定幽门螺杆菌的话，每年使用掉的这种试剂盒会有多少？

所以单单这一种试剂盒，消耗掉的碳14就有很多。

而且目前在医药研发中，很多药物都是要进行碳14动力学上的分析研究的。

再有就是农业中。

如果在农药中加入碳14，这就会很方便的检测出，出售的农作物是否含有农药。

碳14属于同位素，而同位素最适合生产的地方是重水堆，为什么呢？

因为重水堆中含有大量的中子。

文章上文就提到了，碳14是中子和氮14结合产生的。

所以将氮元素的靶件放在这种重水堆的堆芯中，氮原子必然会和中子结合，那么碳14也就产生了。

为什么是重水堆呢？其他的反应堆不行吗？

因为生产碳14需要的是大量的中子，而重水堆的中子是最多的，是一般压水堆的五到六倍。

所以重水堆事最容易生产碳14，而且产量也是最高的。

这件事听起来简单，但要实现，技术上是非常困难的。

中国很早就想实现生产，早在1995年就开始推行重水堆，目的之一就是为了生存碳14。

但关于碳14的相关技术谈判上，一直就谈不下来，对方开出的条件非常的苛刻，最终只能走自主研发。

到了2019年的时候，这才成立了专项攻克小组，然后联合相关研发单位进行技术攻克。

五年过去之后，在今年才实现了这一目标。

为了生产出合格的碳14，堆芯都做了大量的技术革新，据说为了重新布置，进行了七百五十六种功率的分布计算。

需要说明一下，这次成功生产出碳14，地方就是在秦山核电站重水堆。

在2022年将第一批碳14的靶件插入到重水堆中，运行了六百七十七天，这才将这批靶件进行出堆操作。

一开始担心靶件受不住辐射而损坏等等最坏的结果不仅没有出现，还成功了。

这也就意味着中国已经掌握了碳14的生产。

这项技术的突破，不仅仅是可以生产碳14，甚至是镥-177、钇-90也可以进行批量的生产了。

不管怎么说吧！

预计在2024年底，碳14就可以从靶件中分离出来并提纯，到时候就可以面向市场进行销售了。

而这个产量是超过国内市场需求的，可以进行出口。

最后说上一句，要么不做，要做就做最好的。