研究人员围绕芯片测试结果进行讨论。中国原子能科学研究院供图

这是一枚芯片，仅有纽扣大小，厚度略大于一元硬币。

别小看这枚小小的芯片！它可方便集成到无人机、手机、平板电脑等智能装备中，将我们看不见的核辐射转换成电信号，经智能装备采集后，就可计算出辐射剂量并进行显示。这枚芯片既可满足日常环境的低剂量辐射监测需求，也能够适应核设施、放射诊疗等高辐射环境，将有望改变辐射探测的模式，引发新一代辐射探测装备的革新。它不怕冷也不怕热，能在-20℃~50℃的环境里精准探测辐射剂量，从而保障场域内人员的辐射安全和设备的稳定运行。

这就是我国自主研发的国际首款X/γ核辐射剂量探测芯片，目前已成功量产。

小小身躯慧眼识“核”，能更快捷便利地捕捉核辐射踪迹，它是怎么做到的？让我们走进我国核科学技术的发祥地——中国原子能科学研究院（以下简称原子能院），探访由中核集团首席科学家刘森林带领的智能安全装备创新研发团队。

以芯片为载体、以智慧化为内核，开展微型化研究

核工业是高科技战略产业，是我国科技强国建设的重要先导和支撑。安全是核工业的生命线，保障核设施运行安全和工作人员辐射安全至关重要。

2019年，一则由上级发布的创新项目征集通知，引起刘森林的注意。“如果能获得支持，团队之前一直在探索的辐射探测技术微型化研究，或许能产出更多新的成果！”刘森林兴奋地带领团队开启了项目申报工作。

什么是辐射探测？为何要开展微型化研究？

众所周知，在核电站、放射诊疗、实验室等大量应用核能、核技术的行业领域，均需要辐射探测设备进行剂量监测和预警，从而维护环境安全与公众健康。

传统的辐射探测设备体积大、功耗高、成本高、功能单一，无法随身携带，且需配备单独的配电系统，因此无论是功能集成还是使用体验上，都存在较大的技术优化空间。“针对辐射探测技术开展微型化研究，是解决上述问题的关键。”刘森林说。

近年来，随着人工智能成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，刘森林团队敏锐地察觉到，以智慧化为内核的智能安全工具，是提高辐射防护效率、有效减少人与辐射源接触的最佳方案。

“智能装备的开发，不仅可以提供有力的安全保障，还能减少因辐照损坏而报废的作业设备数量，降低经济损失。”原子能院核安全与环境工程技术研究所智能安全装备研究室主任刘阳介绍。

结合文献研究和实地调研，刘森林团队完成了项目实施方案编制，提出将辐射探测的微型化载体微缩到芯片上。

研究人员在调试电路。 中国原子能科学研究院供图

有人对此发出疑问：“针对辐射探测技术微型化的探索，以前不是没有人做过，但效果并不显著。更何况要将技术集成到体积更小、结构精细度要求更高的芯片上，你们能行吗？”

刘森林却把握十足：“我们已经做了大量的可行性计算和分析研判，国际上已有将辐射探测器缩小到十几厘米甚至几厘米大小的先例，说明微型化是完全可实现的。而且，辐射防护未来一定会朝着精细化方向发展，我们的研发成果不仅要跟跑、抢跑，还要冲刺领跑，引领、带动行业进步发展！”

经过反复计算、科学研判，刘森林团队在方案中明确了芯片尺寸、体积、灵敏度等数据，列出了一系列潜在应用场景。最终，项目顺利通过评审，成功立项。

“吃面包从种小麦开始”，攻克关键核心技术难题

纵观世界万物，辐射无处不在。

“自然界中的所有物体，包括人类，只要温度在绝对零度以上，都会发出辐射。辐射分为非电离辐射、电离辐射两类。我们熟悉的广播电视、手机、微波炉、红外遥控器等，都属于非电离辐射。电离辐射则是指携带较高能量的辐射。CT检查、胸片检查、放射治疗等均属于电离辐射的应用。”刘森林说，电离辐射，更需要引起人们的重视。

一方面，电离辐射在医疗、工业、农业、环境、核能、安保、航空航天，以及考古等领域发挥着巨大作用；另一方面，随着电离辐射的使用增加，若不能正确运用或加以控制，可能会造成潜在的健康危害。

刘森林团队研发芯片的探测对象，正是电离辐射中的X射线、γ射线和中子。

“X射线、γ射线和中子广泛存在于自然环境和核能、医疗、工业领域，相应地，对于上述射线探测的需求也会更多。”智能安全装备研究室党支部书记吴建华说。

研发起跑阶段，团队遇到了第一个“路障”：芯片设计。

此前，团队从来没有接触过芯片设计，缺乏电子学、芯片设计等专业人才。可若将芯片设计交由专门设计公司负责，对方又没有辐射防护专业相关知识背景，不仅无法保障辐射探测功能的实现，还会大幅延长研发周期。为了保证项目进度，团队一边“恶补”集成电路相关的技术原理，一边物色招募相关领域的优秀毕业生。

团队核心骨干李兴隆，并非电子学专业出身。为尽早掌握关键核心技术，他决定“闭关修炼”，从零开始自学芯片设计。“建院初期，我们的老院长、‘两弹一星’元勋钱三强先生，常用‘吃面包从种小麦开始’这句话鼓励科研工作者自己动手解决难题。这种敢为人先的精神，对于我们这些新时代核科技工作者影响至深。”

工作日晚间、节假日……李兴隆利用一切可以利用的业余时间，认真研读教材、观看教学视频、请教行业内外专家，学着画芯片原理图和芯片版图。功夫不负有心人，半年后，他和团队成员们终于自主设计研发出用于辐射探测芯片的专用集成电路（ASIC）。

这款集成电路就好像芯片的“心脏”和“翻译官”，有了它，才能真正实现辐射剂量的快速、准确探测。“它解决了信号放大和数字转换等问题，从而使芯片实现了高灵敏度的辐射剂量探测。”李兴隆说。

当芯片的“心脏”开始跳动，团队一鼓作气，陆续扫除了尺寸体积、温湿度优化等技术障碍。2022年，由原子能院自主研发的国际首款X/γ和中子一体化核辐射剂量探测芯片问世，相关能力达国际先进水平。

打通从实验室到生产线“最后一公里”，实现批量化生产

2025年全国两会期间，习近平总书记强调“科技创新和产业创新，是发展新质生产力的基本路径”“我们要走科技创新的道路”“让创新链和产业链无缝对接”。

早在设计研发初期，团队便确立了标准化的输入电源和数据接口设计方案。如此一来，辐射剂量探测芯片的使用人员只需参考数据手册，就能进行简单二次开发。因此，这款探测芯片应用场景广泛：既可应用于涉核领域放射工作场所、人员、环境等辐射剂量监测场景；也可作为通用辐射传感器器件，快速集成于手机、平板电脑、智能头盔、无人机等各类智能装备，使其具有辐射探测功能。

接下来，团队要解决的问题，就是彻底打通科技创新与产业创新深度融合的堵点，将创新成果转化为实实在在的新质生产力。

“经过研判分析，大家一致决定砍掉芯片的中子探测功能。这是经过市场调研和成本计算后得出的最优解。为了更好地将研究成果与产业相衔接，我们要在最贴近实际应用需求的基础上，将成本、尺寸控制在合理范围内。”吴建华解释道。

团队先后突破晶体集成、封装温度、批量化检测等关键技术，不到两年，便完成了从芯片设计、流片到集成封装、检测的全流程开发，实现了芯片批量化生产的技术固化。

2024年，X/γ核辐射剂量探测芯片成功量产，实现了从“一”到“百”的产业化突破。

2025年4月，X/γ核辐射剂量探测芯片获得国际原子能机构（IAEA）全球推介。

在实验室内，科研人员展示了X/γ核辐射剂量探测芯片的“过人之处”。

同一辐射源下，搭载X/γ核辐射剂量探测芯片的微型辐射探测器响应速度明显优于传统的个人剂量率测量仪，不到10秒即精准显示实时剂量。它的体积仅为后者的一半，使用者可将其放置于衣服口袋中，随时随地进行测量。

X/γ核辐射剂量探测芯片。中国原子能科学研究院供图

除了辐射剂量探测芯片，原子能院的实验室里还有一系列地上能跑、天上会飞的核工业“机甲守护者”，包括去污机器人、巡检机器人、核应急处置机器人、工艺生产车间用机器人，等等。这些都是由刘森林团队打造而成的核工业智能化产品，在相关领域处于国内外领先水平。

“让芯片传感器成为无人系统的眼睛，让人工智能技术成为无人系统的大脑，让数字信息技术成为无人系统的翅膀。”刘森林说，核工业智能化发展是必然趋势，其核心在于通过数字化、自动化、人工智能等技术的深度融合，提升核能的安全性、经济性和可持续性。

目前，原子能院智能安全装备创新研发团队正在利用芯片和系统集成技术，研发更多产业、科技深度融合的成果，构建覆盖空中、地面、海面等立体化、智能化辐射探测体系，以满足不同辐射探测需求。同时，持续提高智能装备的耐辐射性能，从而减少人员直接接触作业，保障人员辐射安全，提高工作和生产效率，降低经济损失，保障核工业安全发展。

“我们这支团队在核工业智能安全装备领域已深耕十余年，但平均年龄不到35岁，大家都敢想敢干，有股子冲劲。”原子能院核安全与环境工程技术研究所所长骆志平对核工业智能安全装备的未来发展充满信心。