在2020年初席卷中国大地的新冠疫情中，中国展现出了强大的组织动员能力，社会各界积极响应，各展所长，为抗击疫情做出了自己的贡献。比如说原来做石油化工的国企，开始转产口罩专用材料聚丙烯喷融布；原来做汽车自动化产线的企业开始转产自动化口罩机；做歼20的企业开始做起了口罩……正是他们的努力，使得现在市面的口罩紧缺状态逐步缓解，普通市民的需求基本可以得到满足。

 

但是，医用口罩比普通的一次性口罩有更高的要求，它们需要更严格的杀菌消毒处理才能使用。这时，中核集团和中国广核集团站了出来，带领核工程师们利用自己的核技术专长，为此次抗疫战争做出了独特贡献。

 

中广核技辐照中心正开足马力“技术抗疫”

 

 

我所说的是一种可能并不为广大群众所熟知的辐照灭菌技术。这是一种利用放射源或者射线装置产生的高能电离辐射杀灭细菌、病毒、微生物的先进灭绝技术。常用的射线源有两种，一种是钴60、铯137这类放射性同位素放射源；另一种是利用加速器加速电子撞击金属靶产生X射线的射线装置。

 

以钴60为例，它是在反应堆里通过核反应制造的钴的同位素。钴60不稳定，它通过β衰变，放出一个电子的形式衰变生成镍60，同时放出两个能量为1.17和1.33兆电子伏特的γ光子。电子束射线装置通过高能电子束轰击金属靶可以产生1～5兆电子伏特的X射线。

 

这个能量有多高呢？需要做一下对比，大气中分子运动能量一般为0.03电子伏特，一般构成碳基生物的基础化学键键能只有几个电子伏特，核爆炸中带电粒子的能量为零点几到3兆电子伏特。这样的高能射线可以在微生物内部产生一系列物理或化学反应，可以打断化学键，破坏蛋白质结构，也可以产生高活性自由基杀死细菌或病毒，从而达到抑制或杀死微生物的目的。

 

这种技术诞生于上世纪五十年代，几乎紧跟着核武器和核电的发展同步发展起来了。美国强生公司首先将其应用于医疗器械的消毒灭菌。随后，辐照灭菌还广泛应用于食品工业。目前粗略估计，在发达国家，辐照灭菌技术占食品、医疗卫生用品灭菌市场的80%以上，这是因为它具有传统灭菌技术难以比拟的优势。

 

中广核技的员工

 

 

最早的灭菌方式是高温灭菌，以前的罐头都是这么干的，高温加热后密封，然后就可以保存很长时间了。后来微生物学的奠基人，法国人巴斯德发明了巴氏灭菌法，灭菌温度略有降低，可以最大限度的保存食物的原始风味，现在的牛奶一般是这么干的。这种方式基本上需要把要灭菌的东西挨个煮一遍，显然非常麻烦。

 

对于医疗卫生用品，一般使用环氧乙烷灭菌法。环氧乙烷是一种有毒、易爆的有机物，但是它有广谱灭菌效果。需要灭菌的口罩、手术器械等拆开包装，在环氧乙烷气体中熏蒸一定时间即可达到良好的灭菌效果。环氧乙烷遇水会生成乙二醇，有一定毒性，因而不能用于食品灭菌。这种方法看起来也不错，但是生产周期有点长，因为经环氧乙烷熏蒸后的口罩需要静置7-14天，让残留的环氧乙烷挥发干净才能使用。疫情不等人，如果都用环氧乙烷灭菌，武汉的医院里恐怕很快就没有口罩和防护服用了。

 

 

环氧乙烷灭菌过程动画演示图

 

 

医用口罩用在环氧乙烷毒灭菌后，还需放14天才能使用。

这时候，辐照灭菌就显示出它的优势了。辐照灭菌速度极快，依据辐照源强度的不同，灭菌时间一般也就几十分钟到数小时不等。更重要的是，需要灭菌的产品都不用拆包装。

 

 

γ射线和X射线的能量如此之高，包装上的塑料和纸对它们而言几乎是透明的。射线可以轻松穿透包装直达细菌等微生物，杀死它们后扬长而去，继续摧毁路径上其他微生物，颇有一种十步杀一人，千里不留痕的感觉。

 

不需要拆包装也就不需要重新包装，这避免了灭菌后的产品的二次污染风险。

 

现在的辐照灭菌装置是全自动化的，以医用防护服为例。工厂生产的防护服包装成箱，送到辐照灭菌厂。在这里，每个箱子上挂一个剂量计，用于核对本箱产品所受的辐照剂量。然后，类似机场行李输送带一样的自动输送装置会把他们挨个送进辐照室，接受γ射线或X射线的辐照。产品在辐照室内所走的路径、放置的位置以及停留的时间都经过计算，保证它们收到的辐照剂量符合灭菌技术要求。随后自动出来，直接装车运往医院等使用现场即可。效率之高完全秒杀所有其他灭菌方式。（注：2月12日，上万件一次性医用防护服从运抵北京金辉公司到完成灭菌等待运走，仅用了6小时。这是其他方法做不到的）

 

 

辐照灭菌过程动画演示图

 

 

无论是钴60射线源还是高能电子束射线装置都是核装置，需要符合核安全管理要求，这种限制使得辐照灭菌不像口罩那样人人都能掺乎一下。只有包括中核集团、中国广核集团下属在内的核技术公司等因为早有技术积累，危急时刻才能够承担这样的历史使命。

 

 

1月底，中核集团中国同辐旗下所有辐照灭菌企业开始免费为运往武汉地区的医疗防护用品提供灭菌服务。位于苏州的华辐公司每天可以完成10万套防护服的辐照灭菌，张家港可以日完成1.5万套。

 

中金辐照旗下深圳、上海、天津、青岛、武汉、成都、重庆等辐照网点为疫情防控免费提供全天候不间断灭菌服务。

 

蓝孚股份旗下济南、天津、青岛、烟台、开封、通化、成都的高能电子加速器辐照中心为供应武汉的疫情防控物资提供优先免费辐照灭菌服务。

 

河南科学院同位素研究所为武汉和河南的防疫物资提供免费辐照灭菌服务。

 

黑龙江科学院钴源辐照中心和加速器应用中心无偿对供应全国的医疗物资提供辐照灭菌服务。

 

位于成都的原子能研究院为服务疫情防控的医疗物资提供民法辐照灭菌服务。

 

中广核核技术发展股份有限公司旗下各辐照灭菌站开辟了针对医用防护服等抗疫物资等绿色通道，优先安排电子束消毒灭菌服务。二月份，他们已经为1700万件医疗物资免费提供了电子束辐照灭菌服务。

 

中广核技的辐照灭菌生产线开足马力

 

 

此外上海束能辐照技术有限公司、广西南翔环保南宁辐照中心、陕西方圆高科、唐山合力辐照、上海高鹰科技、湖南农科院辐照平台、北京鸿仪四方等具有辐照灭菌技术能力等科研院所和企业均为疫情防控物资提供免费辐照灭菌服务。

 

有人说，疫情之下，口罩机相当于印钞机。可是口罩机没什么技术壁垒，一群人蜂拥而上，反倒乱象频出。我倒是觉得辐照灭菌这样的装置才是实打实的印钞机啊。这些企业的独特贡献也是此次防疫战争不可或缺的一部分，它们本可以大发一笔横财，但是却不约而同地实行免费服务，令人倾佩。

 

这样的好事，中核和中广核自然愿意多宣传宣传，少挣点钱无所谓，能落个好名声也是可以的。可惜，公众对核技术心有疑虑，谈核色变。在它们的微博以及公众号里虽然已经尽力做了很多图文并茂、生动有趣的科普，但读者寥寥，评论区里有些人非但不加赞赏，反而质疑辐照灭菌技术会不会有核辐射，影响使用者的身体健康，差点翻车。

 

作为一个从大学开始接触钴源以及各种放射性装置的前核工程师（是的，我已经离开这个行业了），我在这里实事求是回答一下几个读者关心的问题。

 

辐照灭菌后的产品会有放射性吗？—— 这个真没有！

 

辐照源钴60和铯137本身有放射性，高能电子束射线装置在工作的时候也有放射性，可是经它们辐照之后的产品是不带放射性的。

 

目前使用的辐照灭菌的电子束能量低于5兆电子伏特，钴60γ射线的能量是1.33电子伏特，它们能够破坏微生物结构从而杀死它们，但还不足以诱发核反应导致感生放射性。核物理中，导致稳定原子核活化、产生感生放射性的能量阈值是10兆电子伏特，高于此能量的射线会导致空气或者受辐照物质中的原子发生核反应，产生残留放射性。如果能量低于10兆电子伏特，无论辐照多大剂量都不会产生放射性的。这个结论是物理学计算的结果，也得到了自1950年起无数辐照科学研究和工业实践结果的证实，是值得信赖的。

 

 

除了医疗用品，辐射灭菌还用在哪些领域？

 

还有食品、药品、化妆品、玩具等，凡是与人接触需要灭菌的，都可以采用辐照灭菌。辐照灭菌广泛应用于各种农副产品、调味品、海鲜、水果的保鲜处理。1999年12月，美国出现了3000多起沙门氏菌感染，造成了一起严重的公共卫生事件，其原因就是进口芒果中含有沙门氏菌。而辐照灭菌可以有效杀灭沙门氏菌等常见的致病菌，即使它深藏于冷冻食品的内部。各种禽类、肉类、蔬菜、蘑菇、谷物都可以使用辐照灭菌。不用解冻、不用开封，照完就走，效率极高。经辐照灭菌的密封肉制品在室温下储存两年仍可保持品质，效果显著。

 

辐照灭菌既然能杀死微生物，那会不会导致食品或药品发生变化，产生对人体健康有不利影响的物质？

 

WHO世界卫生组织专家委员会根据几十年的科研成果和生产实践得出结论，辐照总剂量低于10kGy的食品不具有毒理学上的危害性。因此辐照灭菌剂量一般以10kGy为限，这时候微生物可以被消灭干净，而食品风味得以保留，是安全的，可以放心食用的。

 

早年间，美国FDA将药品的辐照灭菌作为一个单独的环节需要专门论证。2019年，FDA修订了相关标准，认为现在已经可以很好的理解用于药物的辐照灭菌技术，制药商根据当前良好的生产规范生产药品可以保证药品无菌且其特性、强度、质量、纯度或稳定性不会产生不利影响。

 

辐照灭菌技术的国产化程度如何？

 

辐照灭菌所使用的钴60源，早期的确依赖进口。这个东西适合在重水堆中生产，因而让拥有重水堆的国家如加拿大大发其财。后来，中核集团秦山三期核电站是重水堆，据说在建设之初，该堆的其中一个重要任务就是要生产钴60。中国随即打破国际垄断，实现了钴源国产化和工业化，2018年，该项目获得了中国工业大奖。钴源不但可以用于辐照灭菌，还能用于辐射探伤、辐射加工和科学研究，市场很大。

 

电子加速器也是，原子能院2007年就研制成功了高能大功率电子辐照加速器，后来中广核也能做。这个能量范围内的加速器多如牛毛，中广核自己就有350多台。电子加速器的射线想开就开，没有活可以关掉，不像钴源一生产出来就开始放出射线，没法关停，五年多强度降低一半，不干活就是浪费。所以电子加速器应用更加灵活。除了辐照灭菌，它在辐照加工领域应用更广，在高分子材料改性，热缩管制造等领域有近千亿的市场。

 

以上说了很多，主要强调了辐照灭菌是一种安全、环保、高效的工艺，有很好的市场前景。但放射源本身是一个危险的东西，如果管理失控，确实会对人和环境造成不可挽回的伤害。因此对放射源和射线装置的核安全管理必须严格规范。

 

以钴源辐照装置为例，储存钴源的房间四壁都是厚度一两米的水泥墙，必要时还加上铅砖，包装高能γ射线穿出来的剂量降低到环境可接受的范围内。出于同样的目的，进出辐照室的门用厚重的钢铁和铅材料制成，通往辐照室的路径设计成迷宫一样弯弯曲曲的。钴源不用的时候放在铅罐里或者沉入几米深的水中，这时候，人可以进入辐照室进行一些必要的操作。当钴源升起来进行辐照的时候，需要用一系列措施保证辐照室没有人，且屏蔽措施完全到位。虽然辐照装置附近几米以内的放射性会略高于周边环境，但也在可接受的范围内，在规范操作的情况下，周边公众无须为其担心。而放射性装置的操作者应该都应该接受了严格的培训，而且也拿了放射性作业的保健补贴。

 

不怕一万，就怕万一。哪怕再小心谨慎，也难保没有意外情况。我印象最深的一次辐照灭菌装置的意外事件发生在2009年河南杞县，这个地方就是杞人忧天的故事发生的地方。

 

这个辐照灭菌装置属于利民辐照厂，建于1997年，用于副食品、调味品等产品的辐照灭菌。因为这个钴源建得早，有些安全设计做得不充分。比如现在的辐照室规范要求在外部断电情况下，放射源必须具备自动降入水池的能力，杞县这个装置就没有这个功能，它也没有自动化进出料的装置，需要辐照的东西得人搬运进去堆垛码放，辐照完成之后，人工运出来。

 

2009年6月7日，这个钴源在对几十箱辣椒面进行辐照灭菌的时候，有几箱辣椒面意外翻倒，刚好挡住了钴源沉入水池的路线。当工作人员发现异常，需要把钴源降入水中时，钴源卡在纸箱上，下不去了。

 

这下可麻烦了，钴源无时无刻不在放射出强大的射线，在它裸露在外面的时候，人进去就是个死。这个装置也没有设计什么应急装置，操作者几乎拿它毫无办法。好在辐照室的屏蔽设计还算不错，放射性封闭在辐照室里。按照核安全管理规定，利民辐照厂向环保部门汇报了情况，河南省环保厅组织专家当天就到现场勘查，认为放射源时安全的，没有对环境造成污染。

 

可过了几天，到14号到时候，早已经超过辐照时间的辣椒面撑不住了。它们在吸收过多辐照能量的情况下，温度升高，开始自燃了。按理说这烟尘没有放射性，但辣椒面冒的烟人也受不了啊。外面的人赶紧向辐照室内部注水，扑灭了火，同时对流出到水进行分析，没有发现放射性超标的情况。可是，流言不胫而走：利民辐照厂的钴源着火了！

 

这时候，河南省环保部门和厂方的判断问题，只要保持注水保证辣椒面不起火，情况应该可以控制。只要找个机器人进去，把翻倒的纸箱扶正，让放射源降入水中，这事就算解决了。于是，国内做机器人最牛逼的几个团队带着他们的得意之作汇聚河南杞县商讨方案。

 

到了7月5日，网上爆出一个消息，声称杞县出现核泄漏，情况非常危险。再加上各路专家领导在利民辐照厂来来往往，迅速引起当地人的关注，人心开始不稳。

 

7月16日，第一台机器人进入辐照室，随即失联，第二天，第二台机器人也坏在里面了。具体原因众说纷纭，但可以想见，里面是一个强辐射源，1.33兆电子伏特的γ射线足以让摄像头内的CCD以及芯片等精密电子器件失效。

 

连续两台机器人的折戟沉沙让围观群众产生了极大的误解，他们认为辐射如此厉害，机器人一进去就熔化了。谣言迅速升级为放射源即将爆炸，更有消息通过短信广泛流传，声称下午5点钟就要爆炸，爆炸范围50公里，只有跑到开封才是安全的。

 

杞县人民开始全城撤离，涌向开封，向东的公路被堵得水泄不通。

 

当地政府也没想到，一切尽在掌握中的意外事件居然能造成这样的后果，他们迅速安排专家接受采访，公开信息，进行辟谣。杞县县长站在辐照室门口的采访镜头在电视上滚动播放，他一遍又一遍地说：大家看，我就在辐照室门口，这里非常安全，不会爆炸。

 

下午5点，放射源并没有如期爆炸，人们意识到这也许是个谣言。到了晚上，政府和专家的辟谣动作终于有了效果，杞县人民开始回城，网络上汹涌的舆情也开始渐渐平息。

 

民众恐慌解决以后，放射源的意外其实根本不是多大事，很快也被解决了。一台来自西南科技大学团队的机器人进入辐照室，扫清放射源周边环境，然后把它降回水池中，没有人受到放射性伤害，也没有核泄漏，Mission completed。西南科技大学地处四川绵阳，与研制核武器的中国工程物理研究院交流密切，他们的机器人在抗辐射加固方面有独到之处。

 

事后，有人嘲笑此次事件为现代版杞人忧天，可是我觉得这个事真怪不到当地民众头上。如果信息不能公开透明，谣言就会占据上风，人类社会面对未知时的恐惧足以摧毁自身。核安全事件是如此，新冠肺炎这样的公共卫生事件也是如此。

 

核能与核技术应用的公众沟通一直是一个重要的课题，而此次新冠肺炎后期的很多举措对于安抚民心，团结群众效果显著，倒是值得核工业从业者借鉴一二。

 

本来只是想给大家简单介绍一下辐照灭菌，没想到一展开乱七八糟写了这么多。主要是这段时间听到的、看到的太多，自己想的事情也很多，每天都在感慨万千。

 

但就辐照灭菌这么一个小小的领域来说，十几年前我刚开始学习辐射化学的时候，国内还在讲国外的核技术应用产业多么发达，我们才刚刚起步。没想到今天，我们国家居然能调动如此规模的辐照灭菌技术力量，大家能够步调一致，为抗击疫情提供免费服务，是中国强大工业技术能力和组织动员能力的生动写照。BTW同样我万万没有想到的是，当我国家公派留学的时候，国外核电技术全面碾压中国，等我结束公派回到国内的时候，国外在部分领域依然有优势，但已经无法全方面碾压我们，最近这二十年我们取得的进步是巨大的。

 

国内的疫情即将结束，春天终会到来。在此向奋战在抗疫一线、保卫人民生命安全的医务工作者致敬；向为抗疫一线提供技术和资源的科技工作者和劳动者致敬；向响应号召、服从大局躺在家里长膘的隔离群众致敬。

 

 

文/ NuclearEngineer