讓人聞風喪膽的鉈，本是造福人類的信使_風聞
马氏体-46分钟前
鉈，一種經常以負面形象出現在新聞和網絡中的元素。
鉈（讀作“它”）是第81號元素，符號Tl。金屬鉈為銀白色，暴露在空氣中易氧化，熔點304℃，密度11.85 g/cm³，質地軟。
（暗紅色晶體為主要的鉈礦物之一——紅鉈礦（TlAsS2），旁邊紅色較淺的晶體為雄黃（As4S4），圖片來自mindat.org）
鉈是一種典型的稀散元素，很少獨立形成礦牀，主要伴生於鉛、鋅、鐵、銅等金屬的硫化物礦中，可以作為副產品來回收和提取。雖然礦冶過程富集了鉈，但大多數含鉈的尾礦、廢渣、廢水、煙氣灰分（來自鉛、鋅、錫、銻、汞、銅等有色金屬冶煉、鐵礦燒結、燃煤、硫酸生產等）因為缺乏利用價值而被廢棄，有可能泄漏造成污染。
全球鉈的年產量只有十噸左右，主要生產國有中國、哈薩克斯坦、俄羅斯等。鉈的應用大多為特殊領域（鼠藥的用途早已被廢止），如作為高温超導材料（鉈鋇鈣銅氧）、光學材料（溴碘化鉈紅外透鏡、含鉈玻璃等）、低温温度計（鉈汞合金）、特種耐磨塗層（用於噴氣發動機推力矢量噴管軸承的鎳-鉈-硼塗層）、鉈-201放射性同位素用於心臟病顯像診斷等。
鉈與我們關係最密切的用途，是摻鉈碘化鈉（NaI(Tl)）閃爍晶體。
閃爍晶體是指在高能粒子的撞擊下，能將高能粒子的動能轉變為光能而發出閃光的晶體。也就是説，它們能讓我們“看見”原本看不見的“光”，如X射線、伽馬射線和來自宇宙和核反應的各種高能粒子，應用於醫學成像、安檢、無損檢測、地質勘探、原子能、高能物理等領域。
摻鉈碘化鈉是最經典的閃爍晶體之一，自20世紀60年代初投入使用。
（在德國馬克斯·普朗克物理研究所的實驗室開放活動中，我與碘化鈉晶體只隔着手套箱的玻璃壁）
其中，作為重元素的碘負責吸收高能粒子的能量，這是通過高能粒子與材料中的電子發生碰撞來實現的，重元素的核外電子多，因而吸收能力強。碘化鈉受到激發後，把吸收的能量以紫外光的形式釋放出來，但它發出的光會被自身吸收。在碘化鈉中摻入百分之零點幾的碘化亞鉈（TlI），Tl+作為發光中心，或稱為激活離子，吸收碘化鈉傳遞來的能量而發光，峯值波長在415納米，避開了碘化鈉的吸收波段，成為可檢測的信號。
摻鉈碘化鈉代表着閃爍晶體成分構成的普遍規律，即用重元素構成的晶體吸收高能射線或粒子的能量，利用晶體自身或者摻雜激活離子來發光。後續發展出的摻鉈碘化銫（CsI(Tl)）、鍺酸鉍（Bi4Ge3O12）、鎢酸鎘（CdWO4）、鈰摻雜硅酸釔鑥等閃爍晶體亦是如此。
摻鉈碘化鈉晶體雖然有易潮解破壞（上圖右二的白色方塊是吸水變質的碘化鈉晶體）、易受高強度輻射的損傷等弱點，但憑藉其綜合性能好、生產成本低的優勢，始終保持着在無機閃爍晶體中產量和用量領先的地位。
（在紫外光照射下，鎢酸鈣（CaWO4）、鉬酸鈣（CaMoO4）和鎢酸鋅（ZnWO4）閃爍晶體分別發出420納米、520納米和480納米波長的藍綠光）
在主要的閃爍晶體中，摻鉈碘化鈉具有最高的光輸出能力，有利於提高檢測靈敏度。事實上，在衡量閃爍晶體的光輸出能力時，是以摻鉈碘化鈉為100%的基準值，其他閃爍晶體的相對光輸出只有百分之幾十甚至更低。
摻鉈碘化鈉還具有較低的温度效應，即輸出光的能力受温度影響較小。例如在地質、石油等行業的鑽井中，在地下一兩百度的高温下，通過檢測地層中天然放射性元素釋放的γ射線，能夠定位鑽頭處在哪個地層中，這正是摻鉈碘化鈉大顯身手的場合。
摻鉈碘化鈉晶體是從碘化鈉（熔點651℃）和碘化亞鉈混合熔體中結晶出來的。大尺寸晶體採用提拉法生產（硅酸釔鑥閃爍晶體也是這麼做的），即把晶體從熔體中向上提拉，熔體在晶體下端冷卻結晶。另一種方法是坩堝下降法（Bridgman-Stockbarger法，B-S），盛裝原料的坩堝在有特定温度梯度的爐子中運動，先通過高温區使坩堝內原料熔化，再下降到低於熔點的温度區，使得熔體隨坩堝下降而從下往上結晶。坩堝也是結晶的模具，同時使用多個小坩堝或一個帶隔板的大坩堝就可以同時生長多根晶體，生產成本較低。碘化鈉晶體一般是圓柱狀的，通過熱鍛壓，能夠變形成方形、大圓片等各種形狀。
（中國建材集團有限公司北京人工晶體研究院用熱鍛法研製的碘化鈉晶體）
我國對摻鉈碘化鈉的研究由上世紀60年代的核武器研發牽引。國產中小尺寸摻鉈碘化鈉晶體捍衞了民族尊嚴，也服務於石油測井、γ-射線照相機、醫學和工業CT等輻射探測技術領域。
但大尺寸摻鉈碘化鈉晶體幾乎被法國聖戈班公司（Saint-Gobain，知名的玻璃、玻璃纖維、陶瓷和石膏材料生產商）壟斷，我國曾經完全依賴進口。
2024年6月，北京聖通和晶科技有限公司（生產基地是河北涿越光電科技有限公司）克服了方形晶體的邊角生長問題，獲得了1米×1米麪積、重達800公斤的全球最大最重的坩堝下降法碘化鈉閃爍晶體，在製造大尺寸閃爍晶體探測器時相比於傳統圓柱形晶體的出材率更高，將助力我國探索黑洞、暗物質等宇宙奧秘。
（由於鉈的毒性，技術人員在打磨晶體表面時，要採取全副武裝的防護措施）
加工好的閃爍晶體被封裝在金屬盒體內，避免外界的衝擊、震動，尤其是要防止水汽對摻鉈碘化鈉晶體的侵蝕。當然了，封裝需要滿足透過射線的要求，因此採用鋁、鈦等輕金屬或薄壁不鏽鋼材質。
閃爍晶體所轉化出的光信號是非常微弱的，需要匹配光電倍增管或光電二極管（通過透光窗口與閃爍晶體封裝在一起，信號由引腳導出），轉變成放大的電信號，才能被檢測和記錄下來。摻鉈碘化鈉的發光波與光電倍增管匹配良好，也是其優勢之一。
（我國首顆X 射線天文衞星——硬X 射線調製望遠鏡“慧眼”衞星於2017 年6 月15 日發射升空，用於探測中子星、黑洞等極端天體，使用北京濱松光子技術股份有限公司的碘化鈉-碘化銫複合閃爍晶體）
鉈本無罪，是疏於管理才讓鉈成為居心叵測之人手中的毒藥、環境污染事件中的元兇。
但在絕大多數時候，鉈是在幽暗中傳遞光亮的信使，讓我們能夠看得更深刻、更透徹。願鉈永遠只出現在它應該出現的地方。
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參考資料和主要素材來源**：**
新華社. 《品牌觀察》探秘我國閃爍晶體核心技術突破之路.
任國浩. 無機閃爍晶體在我國的發展史. 人工晶體學報,2019,48(8):1373-1385.
李瑞龍,張永春,李琦. 無機閃爍晶體碘化鈉NaI(T1)的現狀與發展趨勢. 新材料產業,2007(9):68-71.
於立偉. 易潮解型閃爍晶體封裝技術的研究. 工業設計,2017(12):136-137.