6月15日，我國科學(xué)家在穩(wěn)定同位素富集與高純硅制備領(lǐng)域取得關(guān)鍵性突破，首次成功實(shí)現(xiàn)豐度超過99.99%的硅-28同位素自主量產(chǎn)，產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。這項(xiàng)成果由中核集團(tuán)旗下中國原子能工業(yè)有限公司所屬核工業(yè)理化工程研究院研制生產(chǎn)。硅-28作為硅的穩(wěn)定同位素，因原子核自旋為零、可極大降低量子計(jì)算中的環(huán)境噪聲干擾，被譽(yù)為“世界上最純凈的硅”，是硅基量子芯片不可或缺的核心材料。

什么是同位素

同位素是指同一化學(xué)元素中具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的一類原子集合體。硅元素天然存在三種穩(wěn)定同位素：硅-28、硅-29和硅-30。其中硅-28的天然豐度約為92.2%，硅-29約占4.7%，硅-30約占3.1%。穩(wěn)定同位素是指不發(fā)生或極不易發(fā)生放射性衰變的同位素，其應(yīng)用是核技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分。

獲取高豐度的硅-28，如同在黃米中挑出細(xì)微差別的小米，不僅要精準(zhǔn)識別極其微小的同位素差異，更要將這些微量顆粒高效匯集。從原料提純到分離富集，每一步工藝都在挑戰(zhàn)物理與工程的雙重極限。長期以來，全球穩(wěn)定同位素制備技術(shù)壁壘極高，僅有極少數(shù)國家具備規(guī)?；a(chǎn)高豐度硅-28的能力。這制約了我國量子科技、先進(jìn)半導(dǎo)體、高端醫(yī)療裝備等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展。

穩(wěn)定同位素不僅是支撐前沿科技與國家安全的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在核醫(yī)學(xué)成像、精準(zhǔn)放療、核安保溯源、環(huán)境追蹤、基礎(chǔ)物理研究等領(lǐng)域也具有不可替代的戰(zhàn)略價(jià)值。我國穩(wěn)定同位素高端產(chǎn)品長期依賴進(jìn)口，對相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和關(guān)鍵領(lǐng)域供應(yīng)鏈安全造成了制約。在國家原子能機(jī)構(gòu)指導(dǎo)支持下，中核集團(tuán)充分發(fā)揮核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”作用，以核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈共鏈行動(dòng)為抓手，牽頭凝聚上下游創(chuàng)新合力，形成了一批以核理化院、秦山核電基地、核動(dòng)力院、原子能院、海得威等為主的同位素生產(chǎn)基地。

量產(chǎn)突破的戰(zhàn)略意義

此次突破正值《核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動(dòng)方案（2024—2026年）》收官之年。該方案由國家原子能機(jī)構(gòu)等十二部門聯(lián)合印發(fā)，提出到2026年，我國核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力顯著提升，力爭核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)年直接經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值達(dá)4000億元。硅-28自主量產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著我國在構(gòu)建自主可控、協(xié)同高效的穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)格局方面邁出實(shí)質(zhì)性步伐，有力推動(dòng)了我國核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)從“點(diǎn)狀突破”向“鏈?zhǔn)桨l(fā)展”躍升。

中國科學(xué)院院士俞大鵬指出，這一突破徹底解決了硅基量子計(jì)算“無米之炊”的燃眉之急，為我國硅基量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)規(guī)?；忍夭倏劁伷搅说缆贰Ｖ袊こ淘涸菏坷自龉獗硎?，高豐度硅-28同位素制備從開始技術(shù)攻關(guān)到此次量產(chǎn)落地，凝聚了科研團(tuán)隊(duì)多年的心血，具有里程碑意義。他強(qiáng)調(diào)，我國實(shí)現(xiàn)豐度超過99.99%的硅-28同位素自主量產(chǎn)，不僅實(shí)現(xiàn)了分離技術(shù)的突破，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，更是實(shí)實(shí)在在補(bǔ)齊了產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對我國量子科技、高端芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

對各領(lǐng)域的促進(jìn)作用

超高豐度硅-28的應(yīng)用前景十分廣闊。在量子科技領(lǐng)域，硅-28是構(gòu)建硅基量子比特的核心材料，其零自旋核環(huán)境能大幅延長量子比特的相干時(shí)間，為硅基量子計(jì)算機(jī)的規(guī)?；邪l(fā)提供關(guān)鍵材料支撐。

在先進(jìn)制程半導(dǎo)體領(lǐng)域，基于高純硅-28制備的半導(dǎo)體器件，能夠顯著提升器件熱導(dǎo)率和性能穩(wěn)定性。在精密計(jì)量領(lǐng)域，高純硅-28可用于制作“千克”基準(zhǔn)硅球，用來精確測量阿伏伽德羅常數(shù)，推動(dòng)質(zhì)量計(jì)量基準(zhǔn)的精準(zhǔn)化發(fā)展。此外，在高端導(dǎo)航等前沿領(lǐng)域，超高豐度硅-28也展現(xiàn)出重要應(yīng)用前景。

2026年是“十五五”開局之年。對于國家“十五五”規(guī)劃布局而言，高豐度硅-28自主量產(chǎn)將為量子計(jì)算芯片、先進(jìn)制程半導(dǎo)體等前沿領(lǐng)域提供關(guān)鍵的材料支撐。

核理化院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)持續(xù)推動(dòng)穩(wěn)定同位素技術(shù)的工程化與產(chǎn)業(yè)化，攻克同位素分離、純化、轉(zhuǎn)化等一系列國際尖端技術(shù)難題。此前，團(tuán)隊(duì)已先后實(shí)現(xiàn)鉬、碲、鎳、鋅、硅、鐿等12種元素、26種穩(wěn)定同位素生產(chǎn)，加快構(gòu)建從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的全鏈條創(chuàng)新體系。除了硅-28，核理化院后續(xù)還將面向核能與核醫(yī)療、航空航天、量子信息、粒子物理、深空探測等領(lǐng)域的重大需求，開展系列穩(wěn)定同位素產(chǎn)品的研發(fā)。

從“點(diǎn)狀突破”到“鏈?zhǔn)桨l(fā)展”，從“受制于人”到“自主可控”，我國穩(wěn)定同位素產(chǎn)業(yè)正在以高水平科技自立自強(qiáng)助力國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。站在“十五五”的新起點(diǎn)上，這一突破不僅為當(dāng)前前沿科技領(lǐng)域提供了堅(jiān)實(shí)材料保障，更為我國在全球量子科技和高端芯片競爭中贏得戰(zhàn)略主動(dòng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（環(huán)球網(wǎng) 沈應(yīng)時(shí)）