Bismutgermanat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Bismutgermanat
Andere Namen	Wismutgermanat Wismutgermaniumoxid
Summenformel	Bi4Ge3O12 Bi12GeO20
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12233-73-7 EG-Nummer 235-458-2 ECHA-InfoCard 100.032.223 Wikidata Q205629
Eigenschaften
Molare Masse	1246 oder 2900 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	7,13 oder 9,22 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	1050 °C[1]
Brechungsindex	2,15 (480 nm)[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar[3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Bismutgermanat (BGO) ist eine Verbindung von Bismut und Germanium. Es wird seit Anfang der 1970er-Jahre in Szintillatoren hauptsächlich zur Messung von Gammastrahlung verwendet.

Gewinnung

Die 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

Bismutgermanat ist ein farbloser Feststoff. Er besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe I43d (Raumgruppen-Nr. 220)Vorlage:Raumgruppe/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 µ_r 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

Es 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

Neben 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)Vorlage:Raumgruppe/197.^[12] Es besitzt eine Schmelztemperatur von 935 °C und einen Brechungsindex von 2,5476.^[13]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} crystals.saint-gobain.com: BGO data sheet.pdf (Memento vom 20. März 2015 im Internet Archive), abgerufen am 28. Dezember 2015
2. ↑ ^{a b} Konrad Kleinknecht: Detektoren für Teilchenstrahlung. Springer-Verlag, 2015, ISBN 3-322-82205-2, S. 110 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
3. ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
4. ↑ 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). 
5. ↑ 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). 
6. ↑ ^{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). 
7. ↑ Nuclear Medical Imaging Techniques and Challenges, William W. Moses Lawrence Berkeley National Laboratory Department of Functional Imaging; February 9, 2005 (PDF; 8,9 MB)
8. ↑ 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). 
9. ↑ 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.
10. ↑ D. Bravo, F. J. Lopez, Opt. Mater., 1999, 13(1), 141–5.
11. ↑ 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.
12. ↑ 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
13. ↑ 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).