Что такое теллурид цинка, удивительный материал, который произвел технологическую революцию (и почему его так трудно получить)

И это все чаще востребовано.

Исследования легких пациентов, проводимые доктором Вечалекар и ее коллегами, включают поиск множества крошечных тромбов у людей с длительным Covid или, например, более крупного сгустка, известного как легочная эмболия.

Сканер, стоимость которого составляет 1 миллион фунтов стерлингов (около 1,4 миллиона долларов), работает путем обнаружения гамма-лучей, испускаемых радиоактивным веществом, введенным в тела пациентов.

Но чувствительность сканера означает, что этого вещества потребуется меньше, чем раньше.

«Мы можем снизить дозы примерно на 30%», — говорит врач.

Хотя сканеры на основе CZT в целом не новы, большие сканеры всего тела, подобные этому, являются относительно недавней инновацией.

CZT существует уже несколько десятилетий, но его производство чрезвычайно сложно.

«Потребовалось много времени, чтобы превратить это в производственный процесс в промышленном масштабе», — говорит Арнаб Басу, генеральный директор-основатель Kromek.

На предприятии компании в Седжфилде, Англия, в комнате установлено 170 небольших печей, которые доктор Басу описывает как «похожие на серверную ферму».

В этих печах специальный порошок нагревается, плавится, а затем затвердевает, образуя монокристаллическую структуру.

Весь процесс занимает недели.

«Атом за атомом кристаллы перестраиваются […] пока они не будут полностью выровнены», — объясняет Басу.

Недавно созданный полупроводник CZT может обнаруживать мельчайшие фотонные частицы в рентгеновских и гамма-лучах с невероятной точностью, подобно узкоспециализированной версии светочувствительного кремниевого датчика изображения, который можно найти в камере вашего смартфона.

Каждый раз, когда высокоэнергетический фотон попадает в CZT, он мобилизует электрон, и этот электрический сигнал можно использовать для создания изображения. Предыдущая технология сканирования использовала двухэтапный процесс, который не был таким точным.

«Это цифровое устройство», — говорит Басу.

«Это один этап преобразования. Он сохраняет всю важную информацию, такую как время и энергия рентгеновских лучей, попадающих в детектор CZT; можно создавать цветные или спектроскопические изображения».

Он добавляет, что сканеры на основе CZT в настоящее время используются для обнаружения взрывчатых веществ в аэропортах Великобритании и для сканирования зарегистрированного багажа в некоторых аэропортах США.

«Мы ожидаем, что CZT войдет в сегмент ручной клади в ближайшие годы».

Но получить CZT не всегда легко.

Хенрик Кравчински из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, США, ранее использовал этот материал в космических телескопах, привязанных к высотным воздушным шарам.

Эти детекторы могут улавливать рентгеновские лучи, испускаемые как нейтронными звездами, так и плазмой вокруг черных дыр.

Профессору Кравчинскому нужны очень тонкие кусочки CZT толщиной 0,8 мм для своих телескопов, поскольку это помогает уменьшить количество улавливаемого ими фонового излучения и обеспечить более четкий сигнал.

«Мы хотели бы купить 17 новых детекторов», — говорит он. «Их действительно трудно сделать тонкими».

Кромек не смог ему помочь, поскольку, по словам Басу, его компания сейчас пользуется большим спросом.

«Мы поддерживаем многие исследовательские организации», — добавляет он. «Нам очень сложно делать сотню разных вещей. Каждый исследовательский проект требует очень специфической конструкции детектора».

Для Кравчинского это не кризис: он говорит, что мог бы использовать CZT, который у него есть в результате предыдущих исследований, или теллурид кадмия, альтернативу, для своей следующей миссии.

Однако на данный момент есть более серьезные проблемы.

Следующая миссия должна была покинуть Антарктиду в декабре, но «все даты меняются», говорит Кравчински, из-за закрытия правительства США в ноябре.

Многие другие ученые используют CZT.

В Великобритании масштабная модернизация исследовательского центра Diamond Light Source в Оксфордшире улучшит его возможности за счет установки детекторов на основе CZT.

Алмазный источник света — это синхротрон, который стреляет электронами по гигантскому кольцу со скоростью, близкой к скорости света. Магниты заставляют эти электроны терять энергию в виде рентгеновских лучей, и они направляются из кольца в световые линии, например, для анализа материалов.

Некоторые недавние эксперименты включали анализ примесей в алюминии во время его плавки. Лучшее понимание этих примесей может помочь улучшить переработанные формы металла.

После модернизации алмазного источника света, завершение которой запланировано на 2030 год, получаемое рентгеновское излучение станет значительно ярче, а это означает, что существующие датчики не смогут правильно его обнаружить.

«Нет смысла тратить все эти деньги на модернизацию этих объектов, если вы не можете обнаружить излучаемый ими свет», — говорит Мэтт Вил, руководитель группы разработки детекторов в Совете по науке и технологиям, участник Diamond Light Source.

Поэтому и здесь CZT является предпочтительным материалом.

Подпишитесь здесь на нашу новую рассылку, чтобы каждую пятницу получать подборку нашего лучшего контента недели..

И помните, что вы можете получать уведомления в нашем приложении. Загрузите последнюю версию и активируйте ее..