Bleiwolframat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Bleiwolframat
Andere Namen	Blei(II)-wolframat
Summenformel	PbWO4
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	231-849-7
ECHA-InfoCard	100.028.954
PubChem	24464
Wikidata	Q883696
Eigenschaften
Molare Masse	455,04 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	8,28 g·cm−3[1]; 8,46 g·cm−3 (Raspit)[2];
Schmelzpunkt	1123 °C[1]
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser[2]
Sicherheitshinweise
H- und P-Sätze	H: 302‐332‐360‐373‐410
	P: 201‐273‐308+313‐501 [3]
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Bleiwolframat (PWO) ist eine kristalline Verbindung aus Wolfram, Blei und Sauerstoff. Bleiwolframat wird als sehr strahlungsresistenter Szintillator in Kalorimetern der Teilchenphysik verwendet.

Vorkommen

Bleiwolframat kommt natürlich als Mineral Stolzit und Raspit vor.

Gewinnung und Darstellung

Die Kristalle werden sowohl mit dem Czochralski-Verfahren als der Bridgman-Stockbarger-Methode aus einer stöchiometrischen Schmelze von PbO und WO₃ hergestellt.[4][5]

\mathrm {PbO+WO_{3}\ \longrightarrow {}\ PbWO_{4}}

Eigenschaften

Bleiwolframat 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

Am 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

Das 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

Im 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

Im 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

Weblinks

CERNCourier: Einsatz im CMS (englisch)

Einzelnachweise

Florian Feldbauer: Studien zur Strahlenhärte von Bleiwolframat-Kristallen, Masterarbeit. Ruhr-Universität Bochum, 2009, abgerufen am 12. November 2018.
Dale L. Perry, Sidney L. Phillips; Handbook of inorganic compounds; ISBN 978-0849386718.
Datenblatt Bleiwolframat bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 13. März 2011 (PDF).
M. Ippolitova et al.: Lead tungstate crystals for the ALICE/CERN experiment. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 537, Nr. 1–2, 2005, S. 353–356. doi:10.1016/j.nima.2004.08.042.
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, Nr. 7, 1999, S. 3571–3578. doi:10.1063/1.371260.
Q. Ingram1: The Lead Tungstate Electromagnetic Calorimeter of CMS. (PDF; 165 kB) 16. März 2006, archiviert vom Original am 7. Oktober 2006; abgerufen am 2. April 2010 (englisch).

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[Feldbauer-1] Florian Feldbauer: Studien zur Strahlenhärte von Bleiwolframat-Kristallen, Masterarbeit. Ruhr-Universität Bochum, 2009, abgerufen am 12. November 2018.

[hb-2] Dale L. Perry, Sidney L. Phillips; Handbook of inorganic compounds; ISBN 978-0849386718.

[Sigma-3] Datenblatt Bleiwolframat bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 13. März 2011 (PDF).

[Ippolitova-4] M. Ippolitova et al.: Lead tungstate crystals for the ALICE/CERN experiment. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 537, Nr. 1–2, 2005, S. 353–356. doi:10.1016/j.nima.2004.08.042.

[Baoguo-5] 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, Nr. 7, 1999, S. 3571–3578. doi:10.1063/1.371260.

[Ingram1-6] Q. Ingram1: The Lead Tungstate Electromagnetic Calorimeter of CMS. (PDF; 165 kB) 16. März 2006, archiviert vom Original am 7. Oktober 2006; abgerufen am 2. April 2010 (englisch).