在纪念我国核工业创建70周年之际，有关“核”的话题再次引起人们的关注。核工业不仅是科技创新的主战场，也是催生产业变革的新业态。以“核惠民生”为突破的“核美家园”建设，正在成为提升我们幸福指数的“新窗口”。让我们透过这个“新窗口”去感受“核惠民生”的方方面面。

“米袋子”中的“无名英雄”

“民以食为天，农以种为先。”守护“米袋子”和“菜篮子”，从“种子”入手是至关重要的。那么，神秘莫测的核技术是怎么与“种子”发生关联的呢？

我们知道，只有优质的“种子”才可能长出优质的农产品。从20世纪50年代开始，以同位素与辐射技术为主要手段的核技术已经在农作物育种、农产品辐照加工、病虫害防治以及畜牧水产等领域发挥作用了。那么，这些核技术是如何在“米袋子”和“菜篮子”中发挥作用的呢？首先，我们来看看核技术是如何在农作物育种中发挥作用的。核能育种也叫辐射育种，是一种利用核辐射技术诱发种子发生遗传突变、增加遗传多样性以选择不同遗传特性的育种技术。其核心是通过核能的射线作用破坏生物体遗传物质DNA的结构，从而使其基因发生改变，进而形成一种新的性状，然后将对人类有利的性状筛选、利用和固化下来，形成新的农作物品种。

实际上，农作物的每一种特征都是由其染色体中的基因组合决定的。辐照育种可以选择使用γ射线、X射线、中子和质子等作为射线源，因为它们都具有很高的能量和极强的穿透力。这些射线能对种子细胞的染色体结构造成损伤，从而导致它们发生断裂，进而改变其基因组的排序和遗传内容。核能育种可以让种子通过辐射诱变产生抗虫、抗病与抗旱等特性，这对提高农作物的产量和品质都具有十分重要的意义。

现代航天技术的发展，把辐射育种提高到了一个崭新的阶段。航天育种也叫太空育种，是将植物种子等材料通过返回式卫星或载人0c1fa1ed038bd2ddacfea00e3b9e18db2af536005785eaa6b8dcb531503fc8f5飞船等航天器带入太空，利用空间环境中的微重力、弱地磁、强辐射、高真空、极洁净、超低温等极端条件来诱发种子基因发生变异。航天育种最大的优势在于，空间环境中的极端条件有利于诱变材料发生更高的有益变异率，从而可在比较短的时间内筛选出具有高产、抗病等优良性状的种质资源。

但是，航天育种并不是一件一蹴而就的事情。空间环境并不能保证每颗种子都发生基因诱变，更不能保证所有的突变都是“有益的”。一般空间环境使种质资源发生诱变的概率仅为百分之几甚至千分之几，而发生有益基因变异的概率会更低，大约为千分之三左右。实际上，“种子飞天”只是航天育种的一小步，而更为繁重的选育工作则是后续在地面上完成的。

实践证明，核技术正在成为改变传统育种方式的革命性力量，并在现代农业中发挥着越来越重要的作用。辐射育种可以有效提高农作物的产量和品质，对于保证粮食安全具有重要的意义。

目前，我国在主要粮、棉、油、菜、瓜、果等40多种作物上累计育成1050多个突变品种（包括航天育种），约占全世界育成突变品种总数的三分之一。利用空间诱变与常规育种相结合育成的小麦新品种“鲁原502”获国家科技进步二等奖。中国农业科学院作物科学研究所自主选育的高产优质小麦品种“航麦802”，具有极强的广适性、耐盐性和综合抗病性。

守护“舌尖”上的安全

核技术还可用于城乡居民的农副产品和食品的抑菌保鲜，提高食品的卫生质量，并延长食品的保藏期，这种技术叫作农产品的辐照加工。

所谓辐照加工，就是指利用γ射线、X射线或电子束等电离辐射处理农产品，以达到抑制发芽、延缓成熟、灭菌杀虫和降解等目的，从而保持食品的营养品质及风味。常用的γ射线可由同位素钴-60、铯-137产生，X射线由X射线发生器产生，电子束主要通过电子加速器获得。传统的消杀方式有高温消杀、化学消杀和紫外线消杀等。而现在的辐照加工技术，处理起农产品来既安全可靠，又环保无残留。

目前，农产品辐照加工已经成为我国农产品加工中不可或缺的技术之一，并且其产业化水平在国际上处于领先地位。2019年，四川有关方面启动了“高能电子加速器辐照加工技术研究”。2020年，有关部门在广西建立了农产品原产地电子束辐照保鲜示范中心。

近些年来，随着冷链运输食品的市场规模日益扩大，如何保障其卫生安全成为一个亟待解决的难题。为此，我国研发出以钴-60为放射源的新型辐照消杀设备，可以杀灭冷链农产品中的各类病原微生物。

种植农作物常常会受到病虫害的侵袭，这不仅会造成农作物减产，还会影响农作物品质。如果使用化学农药进行防治，就会出现农药残留。基于核技术的昆虫不育技术，可以在不破坏环境的前提下有效控制虫害，并且对环境和人体安全无害。昆虫不育包括辐射不育、化学不育和遗传不育等。基于核技术的昆虫不育技术指的就是辐射不育。

所谓辐射不育，指的是利用钴-60、铯-137放射源放出的γ射线或加速器产生的电子束，对雄性害虫的虫蛹或成虫进行一定剂量的照射使其不育的方法。经过工厂化饲养之后，再把这些丧失生育能力的雄性害虫释放到田间，它们与雌虫交配后无法产生后代。

我国先后对玉米螟、小菜蛾、柑橘大实蝇、棉铃虫等10多种害虫进行了辐射不育研究，并取得了显著的效果。辐射不育技术具有很高的专一性，即只对一种害虫起作用，因此是一项彻底根除该种害虫的核技术。与常规杀虫剂防治害虫相比，辐射不育技术不存在污染，并且对环境十分友好。

现在，随着物流业的快速发展，农产品跨地域销售日益活跃。如何确保消费者购买到货真价实的农产品？加快构建农产品质量追溯系统和产地溯源系统具有重要的意义。近年来，基于同位素指纹图谱溯源技术，业界在农产品产地溯源方面的研究取得了长足发展。

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一般来说，农产品中的碳、氮、氢、氧等稳定同位素主要与当地的环境、土壤、气候等环境因素相关。不同来源的农产品中同位素的丰度往往存在自然差异，而这种自然差异所携带的环境因子信息，则能够反映出农产品生长的环境和地域。

研究人员基于稳定同位素和多种矿物元素等溯源手段，对我国不同产区的大米、茶叶等农产品进行了产地溯源，为保护农产品地理标志品牌以及打击农产品掺杂使假、冒充名优品牌等行为提供了科学的依据。

呼气试验中的碳同位素

同位素的发现不仅深化了人们对原子结构的认识，而且也为造福人类提供了全新的视角。拿当今十分普遍的幽门螺杆菌检测来说，就是一个利用同位素进行医学诊断的典型案例。

那么，什么是同位素呢？我们通常把质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素称为同位素。自然界中的许多元素都存在同位素，当然也可以通过人工制造的方式来获得。就拿碳来说，它有多种同位素，如碳-11、碳-12、碳-13和碳-14等。碳-12作为确定原子量标准的原子而具有很高的知名度，而碳-13和碳-14因可作为标记物而成为检验幽门螺杆菌的金标准。

幽门螺杆菌被世界卫生组织列为“一类致癌因子”，被认为是很多胃部疾病的“罪魁祸首”。对幽门螺杆菌进行检测具有重要的临床价值，利用碳-13或碳-14进行呼气试验具有操作简便、检测迅速、无创无痛、准确性高的特点。那么，基于碳同位素的呼气试验为何能诊断幽门螺杆菌感染呢？碳-13或碳-14呼气试验又有何区别呢？

碳同位素的呼气试验所依据的原理，就是幽门螺杆菌能够产生内源性和特异性的尿素酶，可以把尿素分解为氨气和二氧化碳，并最终经肺脏呼出来。当被检测者口服用核素（碳-13或碳-14）标记过的尿素胶囊之后，如果在胃中存在幽门螺杆菌感染的话，就会把用核素标记过的尿素分解为氨气和二氧化碳。要知道，此时的二氧化碳也是含有核素标记的。因此，通过收集被检测者呼出的气体，只要检测其中用核素标记过的二氧化碳的量，就可以判断是否存在幽门螺杆菌感染了。

那么，碳-13或碳-14有什么不同呢？碳-13是碳的稳定核素，因此不具有放射性。而碳-14是碳的不稳定核素，具有一定的放射性，其生物半衰期约为6小时。不过，碳-14用于幽门螺杆菌诊断具有很好的安全性，对环境、被检测者以及操作者几乎无辐射影响。

在样品采集上，碳-13呼气试验与碳-14呼气试验有所不同。前者需要在服药前后分别采集呼出气体进行检测，而后者只需要在服药后采集一次呼出气体进行检测就可以了。这是因为大气环境中的碳-13的丰度因地域存在差异，碳-13呼气试验需要扣除核素碳-13的本底值。而大气和日常呼气中没有明显的碳-14本底，因此碳-14呼气试验仅需采集一次呼出气体即可。

2024年4月20日，我国秦山核电站首次实现重水堆机组批量生产碳-14同位素，从此彻底破解了国内碳-14同位素依赖进口的难题，标志着碳-14供应全面实现国产化。碳-14的应用不局限于医用，也可广泛应用于农业、化学、生物学等领域，具有极高的医用价值和科研价值。（未完待续）