6月15日，我国科学家在稳定同位素富集与高纯硅制备领域取得关键性突破，首次成功实现丰度超过99.99%的硅-28同位素自主量产，产品关键指标达到国际先进水平。这项成果由中核集团旗下中国原子能工业有限公司所属核工业理化工程研究院研制生产。硅-28作为硅的稳定同位素，因原子核自旋为零、可极大降低量子计算中的环境噪声干扰，被誉为“世界上最纯净的硅”，是硅基量子芯片不可或缺的核心材料。
什么是同位素
同位素是指同一化学元素中具有相同质子数、不同中子数的一类原子集合体。硅元素天然存在三种稳定同位素：硅-28、硅-29和硅-30。其中硅-28的天然丰度约为92.2%，硅-29约占4.7%，硅-30约占3.1%。稳定同位素是指不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，其应用是核技术应用的重要组成部分。
获取高丰度的硅-28，如同在黄米中挑出细微差别的小米，不仅要精准识别极其微小的同位素差异，更要将这些微量颗粒高效汇集。从原料提纯到分离富集，每一步工艺都在挑战物理与工程的双重极限。长期以来，全球稳定同位素制备技术壁垒极高，仅有极少数国家具备规模化生产高丰度硅-28的能力。这制约了我国量子科技、先进半导体、高端医疗装备等关键产业的自主可控发展。
稳定同位素不仅是支撑前沿科技与国家安全的关键基础材料，在核医学成像、精准放疗、核安保溯源、环境追踪、基础物理研究等领域也具有不可替代的战略价值。我国稳定同位素高端产品长期依赖进口，对相关产业发展和关键领域供应链安全造成了制约。在国家原子能机构指导支持下，中核集团充分发挥核技术应用产业链“链长”作用，以核技术应用产业链共链行动为抓手，牵头凝聚上下游创新合力，形成了一批以核理化院、秦山核电基地、核动力院、原子能院、海得威等为主的同位素生产基地。
量产突破的战略意义
此次突破正值《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024—2026年）》收官之年。该方案由国家原子能机构等十二部门联合印发，提出到2026年，我国核技术应用产业自主创新能力显著提升，力争核技术应用产业年直接经济产值达4000亿元。硅-28自主量产的实现，标志着我国在构建自主可控、协同高效的稳定同位素产业格局方面迈出实质性步伐，有力推动了我国核技术应用产业从“点状突破”向“链式发展”跃升。
中国科学院院士俞大鹏指出，这一突破彻底解决了硅基量子计算“无米之炊”的燃眉之急，为我国硅基量子计算实现规模化比特操控铺平了道路。中国工程院院士雷增光表示，高丰度硅-28同位素制备从开始技术攻关到此次量产落地，凝聚了科研团队多年的心血，具有里程碑意义。他强调，我国实现丰度超过99.99%的硅-28同位素自主量产，不仅实现了分离技术的突破，填补了国内空白，更是实实在在补齐了产业链的关键环节，对我国量子科技、高端芯片产业发展具有重要意义。
对各领域的促进作用
超高丰度硅-28的应用前景十分广阔。在量子科技领域，硅-28是构建硅基量子比特的核心材料，其零自旋核环境能大幅延长量子比特的相干时间，为硅基量子计算机的规模化研发提供关键材料支撑。
在先进制程半导体领域，基于高纯硅-28制备的半导体器件，能够显著提升器件热导率和性能稳定性。在精密计量领域，高纯硅-28可用于制作“千克”基准硅球，用来精确测量阿伏伽德罗常数，推动质量计量基准的精准化发展。此外，在高端导航等前沿领域，超高丰度硅-28也展现出重要应用前景。
2026年是“十五五”开局之年。对于国家“十五五”规划布局而言，高丰度硅-28自主量产将为量子计算芯片、先进制程半导体等前沿领域提供关键的材料支撑。
核理化院项目团队持续推动稳定同位素技术的工程化与产业化，攻克同位素分离、纯化、转化等一系列国际尖端技术难题。此前，团队已先后实现钼、碲、镍、锌、硅、镱等12种元素、26种稳定同位素生产，加快构建从基础研究到产业转化的全链条创新体系。除了硅-28，核理化院后续还将面向核能与核医疗、航空航天、量子信息、粒子物理、深空探测等领域的重大需求，开展系列稳定同位素产品的研发。
从“点状突破”到“链式发展”，从“受制于人”到“自主可控”，我国稳定同位素产业正在以高水平科技自立自强助力国家战略性新兴产业高质量发展。站在“十五五”的新起点上，这一突破不仅为当前前沿科技领域提供了坚实材料保障，更为我国在全球量子科技和高端芯片竞争中赢得战略主动奠定了坚实基础。（环球网 沈应时）
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