Вольфрамат кадмия

Вольфрама́т ка́дмия, вольфра̀мовоки́слый ка́дмий — кадмиевая соль вольфрамовой кислоты с химической формулой CdWO₄ (обозначается также CWO). Тяжёлый, нерастворимый в воде и неорганических кислотах, химически инертный кристаллический порошок.

Получение

Синтезируется из смеси оксида вольфрама(VI) WO₃ и оксида кадмия CdO при сильном нагреве:

${\displaystyle {\mathsf {WO_{3}+CdO{\xrightarrow {\sim 1000^{o}C}}CdWO_{4}}}}$

Ввиду летучести оксида кадмия, этот компонент берётся в количестве выше стехиометрического.

Может быть получен также как осадок из водных растворов солей кадмия(II) и растворимых вольфраматов^[1][2]:

${\displaystyle {\mathsf {Cd(NO_{3})_{2}+Na_{2}WO_{4}\ \longrightarrow {}\ CdWO_{4}\downarrow +\ 2\ NaNO_{3}}}}$

Физические свойства

Технический вольфрамат кадмия имеет жёлтый или жёлто-зелёный цвет, однако чрезвычайно чистые монокристаллы CdWO₄ прозрачны и бесцветны. Плотность 7,9—8,0 г/см³, температура плавления 1325 °C, коэффициент преломления 2,2—2,3 (проявляет двулучепреломление). Твёрдость по Моосу 4—4,5, гигроскопичность отсутствует. Объёмный модуль упругости при н.у. равен 123 ГПа^[3].

Кристаллы при нормальных условиях имеют структуру вольфрамита^[4]. Кристаллы моноклинной сингонии, пространственная группа P2/c, параметры ячейки a = 0,50289 нм, b = 0,58596 нм, c = 0,50715 нм, β = 91,519°, Z = 2, d = 8,0087 г/см³, объём ячейки 0,14939 нм^3[4]. В различных опубликованных измерениях были определены и несколько отличающиеся параметры решётки, дающие объём элементарной ячейки от 0,14884 до 0,14969 нм³ и соответственно кристаллографическую плотность в диапазоне 7,9926…8,038 г/см^3[4].

При повышении давления до 19,5 ГПа испытывает фазовый переход к структуре поствольфрамита P2₁/c с удвоением объёма элементарной ячейки^[3].

Разработаны методы выращивания больших (до 12 кг, ИНХ СОРАН) монокристаллов CWO. В НГУ были получены кристаллы массой до 20 кг^[5].

Использование

Вольфрамат кадмия люминесцирует под воздействием ионизирующего излучения; это свойство было обнаружено ещё в 1940-х годах^[6] и вскоре стало использоваться для создания детекторов излучения. Монокристаллы вольфрамата кадмия используются в качестве сцинтилляторов для детектирования ионизирующего излучения в ядерной физике, физике элементарных частиц, ядерной медицине (в частности, в позитронно-эмиссионной томографии). Спектр люминесценции CWO лежит в диапазоне 380—600 нм (при облучении гамма-квантами) и 380—680 нм (при облучении альфа-частицами)^[7], с максимумом на 480 нм. Благодаря большой плотности и высокому эффективному заряду ядра (Z=64)^[8] CdWO₄ хорошо поглощает гамма-кванты и рентген. Поэтому большие объёмы вольфрамата кадмия потребляются производителями рентгеновских систем безопасности и таможенного досмотра для просвета крупногабаритных грузов (контейнеры, автомобили, корабли, самолёты).

Высокое сечение радиоактивного захвата тепловых нейтронов одним из природных изотопов кадмия, ¹¹³Cd, позволяет использовать CdWO₄ в качестве детектора этих частиц (гамма-кванты, излучаемые кадмием-113 при захвате нейтрона, создают в кристалле CWO сцинтилляционную вспышку, которая детектируется соответствующим фотоприёмником). Световыход сцинтиллятора составляет около 40 % от световыхода NaI(Tl) и почти не зависит от температуры в диапазоне от 0 до 100 °C, что способствует использованию CdWO₄ для гамма-каротажа в скважинах при высоких температурах окружающей среды.

Высокая радиационная чистота вольфрамата кадмия позволяет использовать его для сверхнизкофоновых ядерных детекторов, применяемых для детектирования гипотетических частиц тёмной материи, редких ядерных распадов и т. д. (так, чрезвычайно редкая природная альфа-радиоактивность вольфрама (альфа-распад ¹⁸⁰W) была обнаружена^[9] в 2003 году с использованием такого детектора). Применение вольфрамата кадмия как сцинтиллятора осложняется относительно большим временем высвечивания (12−15 мкс)^[10], что не позволяет использовать его в детекторах с высокой скоростью счёта. Проявляемая вольфраматом кадмия различная зависимость высвечивания от времени для альфа- и бета-частиц позволяет эффективно разделять частицы по типу^[11].

См. также

Примечания

Литература

• Galashov E. N. et al.  Growth of CdWO₄ crystals by the low thermal gradient Czochralski technique and the properties of a (0 1 0) cleaved surface // Journal of Crystal Growth. — 2014. — Vol. 401. — P. 156—159. — doi:10.1016/j.jcrysgro.2014.01.029.
• Bardelli L. et al.  Further study of CdWO₄ crystal scintillators as detectors for high sensitivity 2β experiments: Scintillation properties and pulse-shape discrimination // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. — 2006. — Vol. 569. — P. 743—753. — doi:10.1016/j.nima.2006.09.094.
• Burachas S. F. et al.  Large volume CdWO₄ crystal scintillators // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. — 1996. — Vol. 369. — P. 164—168.

Эта страница в последний раз была отредактирована 12 мая 2023 в 11:11.