Bismutgermanat
Bismutgermanat (BGO) ist eine Verbindung von Bismut und Germanium. Es wird seit Anfang der 1970er-Jahre in Szintillatoren hauptsächlich zur Messung von Gammastrahlung verwendet.
| Strukturformel | |||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||
| Name | Bismutgermanat | ||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel |
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| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||
| Molare Masse | 1246 oder 2900 g·mol−1 | ||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||
| Dichte |
7,13 oder 9,22 g·cm−3[1] | ||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||
| Brechungsindex |
2,15 (480 nm)[2] | ||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C | |||||||||||||
Gewinnung
BearbeitenDie kommerziell erhältlichen Kristalle werden mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens aus stöchiometrischen Schmelzen von Bismut(III)-oxid und Germanium(IV)-oxid gezogen.[4] Einkristalle wurden erstmals 1965 von Nitsche als Ersatz für Eulytin gezogen.[5]
Eigenschaften
BearbeitenBismutgermanat ist ein farbloser Feststoff. Er besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe I43d (Raumgruppen-Nr. 220).[6]
Das Szintillationslicht von Bismutgermanat hat eine Wellenlänge im Bereich von 375 bis 650 nm mit einem Maximum bei 480 nm. Pro MeV Energie des einfallenden Gammaquants entstehen etwa 8.500 Szintillations-Photonen, die Szintillationseffizienz ist also hoch. BGO ist recht strahlenfest, seine Werte bleiben bis zu 5·104 Gy stabil. Es ist mechanisch recht stabil und nicht hygroskopisch.[6] Es hat im Bereich zwischen 5 und 20 MeV eine gute Auflösung. Der lineare Schwächungskoeffizient µ bei der für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wichtigen Photonenenergie von 511 keV beträgt 0,96 cm−1. Die Zeitkonstante für das Abklingen einer Szintillation beträgt 350 ns.[2] BGO hat die höchste Sensitivität aller für die PET eingesetzten Szintillatoren. Der u. a. von Kernladungszahl und Wirkungsquerschnitt abhängige Photoeffektanteil µr bei Photonen einer Energie von 511 keV beträgt 43 %.[7] Es ist der am häufigsten benutzte Szintillator auf Oxidbasis. Seine Szintillation wurde 1973 von M.J. Weber und R.R. Monchamp entdeckt.[8][9]
Verwendung
BearbeitenEs wird außer für die PET auch in Detektoren der Teilchenphysik, der Weltraumphysik, für geologische Exploration eingesetzt. Arrays von Bismutgermanat werden auch in der Gammaspektroskopie verwendet.[6]
Bi12GeO20
BearbeitenNeben Bi4Ge3O12 ist mit Bi12GeO20 ein weiteres Bismutgermanat bekannt. Durch seinen hohen elektrooptischen Koeffizienten von 3,3 pm/V ist es interessant für nichtlineare optische Bauteile (z. B. Pockels-Zelle) und fotorefraktive Elemente für den Einsatz im UV-Bereich.[6][10][11] Die Verbindung hat eine kubische Kristallstruktur vom Sillénit-Typ mit der Raumgruppe I23 (Raumgruppen-Nr. 197).[12] Es besitzt eine Schmelztemperatur von 935 °C und einen Brechungsindex von 2,5476.[13]
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b crystals.saint-gobain.com: BGO data sheet.pdf ( vom 20. März 2015 im Internet Archive), abgerufen am 28. Dezember 2015
- ↑ a b Konrad Kleinknecht: Detektoren für Teilchenstrahlung. Springer-Verlag, 2015, ISBN 3-322-82205-2, S. 110 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
- ↑ Tsuguo Fukuda, Valery I. Chani: Shaped Crystals Growth by Micro-Pulling-Down Technique. Springer Science & Business Media, 2007, ISBN 978-3-540-71295-4, S. 118 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ K. Byrappa, Tadashi Ohachi: Crystal Growth Technology. Springer Science & Business Media, 2003, ISBN 978-3-540-00367-0, S. 390 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ a b c d Richard C. Ropp: Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Newnes, 2012, ISBN 0-444-59553-8, S. 413 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Nuclear Medical Imaging Techniques and Challenges, William W. Moses Lawrence Berkeley National Laboratory Department of Functional Imaging; February 9, 2005 (PDF; 8,9 MB)
- ↑ Peter Rudolph: Handbook of Crystal Growth Bulk Crystal Growth. Elsevier, 2014, ISBN 978-0-444-63306-4, S. 154 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ M. J. Weber: Luminescence of Bi4 Ge3 O12 : Spectral and decay properties. In: Journal of Applied Physics. 44, 1973, S. 5495, doi:10.1063/1.1662183.
- ↑ D. Bravo, F. J. Lopez, Opt. Mater., 1999, 13(1), 141–5.
- ↑ J.L. Bernstein: The unit cell and space group of piezoelectric bismuth germanium oxide (Bi12GeO20). In: Journal of Crystal Growth. 1, 1967, S. 45, doi:10.1016/0022-0248(67)90006-1.
- ↑ Crystal Structure of Bi12GeO20: Reexamination of the Ge-site Vacancy Model, Eisuke Suzuki, Nobuo Iyi and Kenji Kitamura, J. Korean Phys.Soc. 32,173 doi:10.3938/jkps.32.173
- ↑ Kiyotaka Wasa: Handbook of Sputter Deposition Technology Fundamentals and Applications for Functional Thin Films, Nano-materials and MEMS. William Andrew, 2012, ISBN 1-4377-3483-9, S. 400 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).