Bleiwolframat
Bleiwolframat (PWO) ist eine kristalline Verbindung aus Wolfram, Blei und Sauerstoff. Bleiwolframat wird als sehr strahlungsresistenter Szintillator in Kalorimetern der Teilchenphysik verwendet.
| Strukturformel | ||||||||||||||||
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| Allgemeines | ||||||||||||||||
| Name | Bleiwolframat | |||||||||||||||
| Andere Namen |
Blei(II)-wolframat | |||||||||||||||
| Summenformel | PbWO4 | |||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||||||||
| Molare Masse | 455,04 g·mol−1 | |||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | |||||||||||||||
| Dichte | ||||||||||||||||
| Schmelzpunkt |
1123 °C[1] | |||||||||||||||
| Löslichkeit |
nahezu unlöslich in Wasser[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). | ||||||||||||||||
Vorkommen
BearbeitenBleiwolframat kommt natürlich als Mineral Stolzit und Raspit vor.
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenDie Kristalle werden sowohl mit dem Czochralski-Verfahren als auch der Bridgman-Stockbarger-Methode aus einer stöchiometrischen Schmelze von PbO und WO3 hergestellt.[4][5]
Eigenschaften
BearbeitenBleiwolframat hat eine Schmelztemperatur von 1123 °C, eine Dichte von 8,28 g/cm3 und ist nicht hygroskopisch. Das spektrale Maximum des Szintillationslichts liegt bei 430 nm, dort beträgt der Brechungsindex 2,17. Die Strahlungslänge beträgt 0,89 cm. 80 % des Szintillationslichts wird innerhalb von 25 ns emittiert. Die Szintillationslichtausbeute von Bleiwolframat ist gering und beträgt lediglich 5 % von Bismutgermanat oder 0,6 % von Natriumiodid.[1] Weiterhin ist die Lichtausbeute stark von der Temperatur abhängig.[6] Bei etwa 400 °C setzt sich Raspit in Stolzit um.[2]
Verwendung
BearbeitenAm Large Hadron Collider am CERN kommt Bleiwolframat in den Detektoren CMS und ALICE zum Einsatz, weiterhin ist ein Einsatz im PANDA-Detektor am FAIR-Beschleunigerzentrum geplant.[1]
ECAL des Compact Muon Solenoids
BearbeitenDas elektronische Kalorimeter ECAL des Compact Muon Solenoids besteht aus einer Röhre aus 61.200 Kristallen und zwei Endelementen aus jeweils 7324 Kristallen. Die Kristalle haben die Abmessungen von 24 × 24 × 230 mm im radialen Bereich und 30 × 30 × 220 mm an den Endstücken. Die erwartete Strahlendosis im Laufe von 10 Jahren Betrieb beträgt für den radialen Bereich 4000 Gy und 2·1013 Neutronen/cm2, an den Endstücken wird die fünfzigfache Dosis erwartet. Durch die hohe Strahlungsdosis wird im CMS eine Schwankung der Transmittivität um etwa 5 % erwartet. Zur Korrektur der Schwankungen ist das CMS mit einem System ausgestattet, mit welchem zu Kalibrierungszwecken Laserlicht über Glasfaser in die einzelnen Kristalle eingekoppelt wird.[6]
ALICE-PHOS-Detektor
BearbeitenIm PHOS-Kalorimeter des ALICE-Detektors kommen Kristalle der Abmessung 22 × 22 × 180 mm zum Einsatz. Die Kristalle sind mit etwa 100 ppm Yttriumoxid dotiert. Zur Erhöhung der Lichtausbeute werden die Bleiwolframat-Kalorimeter im ALICE-Detektor auf −25 °C abgekühlt. Nach zehnjährigem Betrieb wird eine Strahlendosis von 1 Gy und eine Neutronendosis von 2·1010 Neutronen/cm2 erwartet.[4]
PANDA-EMC-Detektor
BearbeitenIm elektromagnetischen Kalorimeter (EMC) des PANDA-Detektors kommen 16.000 Bleiwolframat-Kristalle von etwa 21 × 28 × 200 mm mit dem Gewicht von etwa einem Kilogramm zum Einsatz. Die Betriebstemperatur des EMC beträgt −25 °C.[1]
Siehe auch
BearbeitenWeblinks
BearbeitenEinzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b c d e Florian Feldbauer: Studien zur Strahlenhärte von Bleiwolframat-Kristallen, Masterarbeit. Ruhr-Universität Bochum, 2009, abgerufen am 12. November 2018.
- ↑ a b c Dale L. Perry, Sidney L. Phillips; Handbook of inorganic compounds; ISBN 978-0849386718.
- ↑ a b Datenblatt Bleiwolframat bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 13. März 2011 (PDF).
- ↑ a b M. Ippolitova et al.: Lead tungstate crystals for the ALICE/CERN experiment. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 537. Jahrgang, Nr. 1–2, 2005, S. 353–356, doi:10.1016/j.nima.2004.08.042 (englisch).
- ↑ Baoguo Han, Xiqi Feng, Guangin Hu, Yanxing Zhang, Zhiwen Yin: Annealing effects and radiation damage mechanisms of PbWO4 single crystals. In: J. Appl. Phys. 86. Jahrgang, Nr. 7, 1999, S. 3571–3578, doi:10.1063/1.371260 (englisch).
- ↑ a b Q. Ingram1: The Lead Tungstate Electromagnetic Calorimeter of CMS. (PDF; 165 kB) 16. März 2006, archiviert vom am 7. Oktober 2006; abgerufen am 2. April 2010 (englisch).