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宝石辐照处理简介
- 2019-06-15 -

辐照处理是指用高能射线辐照宝石,使其变色的处理方法。这是一种高分子材料辐照改性处理办法。辐照处理常伴有热处理,这适用于由色心引起颜色的宝石。辐照的主要目的是使宝石产生或部分消除结构缺陷,从而获得不同的色心,呈现所需的颜色。

1904年伽马射线发现后,1923年至1926年,科学家们开始通过辐照改变矿物的颜色,并对矿物的颜色进行了一般的辐照实验。直到1947年,美国宝石研究所的鲍尔先生才系统地对矿物进行辐照着色。我国对宝玉变色的研究起步较晚。20世纪70年代初,人们开始了对晶体辐照后颜色变化的研究。

辐照是改善宝石色泽和外观最具争议的方法。由于它能改善宝石的颜色,所以很难识别,而且许多辐照宝石的颜色在低温甚至光照下都很不稳定。即使有可能对人体有害的残留放射性,这种方法也被归为优化过程中的一种治疗方法,在市场上销售时需要公开。

钻石、黄玉、锆石、石英、绿柱石和珍珠是最成功的辐照宝石。

 

其次,宝石辐照处理的原理

从基本原理上讲,辐射是粒子或电磁波的能量发射。一种辐射,电离辐射,有足够的能量在宝石中产生颜色中心或类似的变化。这些形式的辐射可能包括粒子(缺少电子的高速氦原子)、粒子(高速电子)和伽马射线(类似x射线但能量更高的高能光子)或中子(重量与氢原子相似的中性氩原子粒子)。

辐照产生色心的原理涉及晶体缺陷、空位、色心和能带理论。

如水晶辐照变为茶、烟色就是“色心致色”的典型例子。晶体是一种含有少量铝杂质的晶体,晶格中A13+离子代替了Si4+离子。由于Al3+的正电荷较少,晶体场理论认为它对晶格中与它相连的氧离子价电子的静电吸引比与Si4+相连的氧离子的静电吸引弱。当受到辐射时,附着在Al3+上的氧原子上的一个价电子丢失,导致一个空色中心。未配对的电子被留下来吸收相关的彩色光,导致晶体产生烟色或茶色。

 

从理论上讲,所有可用于放射性辐照的源(装置)都可作为宝石辐照的设备。不同的辐射源或装置对不同宝石的影响略有不同。造成这些差异的主要原因是各种射线的性质不同,形成各种宝石色心所需的能量也不同。例如,我们可以得到令人满意的茶晶体和黄玉的晶体辐射与60Co。但辐照黄玉的颜色并不理想,往往使其颜色很浅,而用中子辐照和热处理可以得到较深的蓝色黄玉。

目前有各种各样的常用设备辐照宝石反应堆(产生高能中子),电子加速器(产生高能电子),钴等宝石与宝石样品辐照的剩余活动后通过什么样的射线(γ、β、中子辐照和辐照注入杂质元素的种类和数量的样本,以激活密切相关杂质的半衰期,等等。直线加速器或核反应堆可能产生残余放射性。

宝石辐照时应注意的问题:(1)为了保证产品颜色的均匀性,必须达到均匀辐照,辐照时宝石必须旋转或反复转动。

(2)采取相应的冷却措施,防止试样在辐照过程中因温度过高而开裂。如加入循环冷却水,或定期将试样暴露于空气中冷却。

(3)为了获得满意的颜色深度,需要控制足够的辐射剂量。为了使宝石的颜色更深,需要反复照射。在辐照剂量饱和之前,宝石的颜色深度与辐照剂量成正比,辐照时间越长,宝石的颜色越深。通常,当辐射剂量饱和时,宝石的颜色不会改变。

(4)辐照宝石的颜色有时不稳定,在光和热的作用下容易褪色。低温加热常用于去除不稳定的色心,保持稳定的色心。然而,低温加热后颜色往往会发生变化。如果加热温度控制不好,在照射前会完全褪色并恢复颜色。


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