Bismutgermanat

Vorlage:Infobox Chemikalie

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.<ref name="Tsuguo Fukuda, Valery I. Chani">Vorlage:Literatur</ref> Einkristalle wurden erstmals 1965 von Nitsche als Ersatz für Eulytin gezogen.<ref name="K. Byrappa, Tadashi Ohachi">Vorlage:Literatur</ref>

Eigenschaften

Bismutgermanat ist ein farbloser Feststoff. Er besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Vorlage:Raumgruppe.<ref name="Richard C. Ropp" />

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.<ref name="Richard C. Ropp">Vorlage:Literatur</ref> 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.<ref name="Konrad Kleinknecht">Vorlage:Literatur</ref> 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 %.<ref>Nuclear Medical Imaging Techniques and Challenges, William W. Moses Lawrence Berkeley National Laboratory Department of Functional Imaging; February 9, 2005 (PDF; 8,9 MB)</ref> Es ist der am häufigsten benutzte Szintillator auf Oxidbasis. Seine Szintillation wurde 1973 von M.J. Weber und R.R. Monchamp entdeckt.<ref name="Peter Rudolph">Vorlage:Literatur</ref><ref name="DOI10.1063/1.1662183">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.</ref>

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.<ref name="Richard C. Ropp" />

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.<ref name="Richard C. Ropp" /><ref name="optmat">D. Bravo, F. J. Lopez, Opt. Mater., 1999, 13(1), 141–5.</ref><ref name="DOI10.1016/0022-0248(67)90006-1">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.</ref> Die Verbindung hat eine kubische Kristallstruktur vom Sillénit-Typ mit der Vorlage:Raumgruppe.<ref>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</ref> Es besitzt eine Schmelztemperatur von 935 °C und einen Brechungsindex von 2,5476.<ref name="Kiyotaka Wasa">Vorlage:Literatur</ref>

Einzelnachweise