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宝石辐照处理的应用和原理特点

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宝石辐照处理的应用和原理特点

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一、宝石辐照处理简介
辐照处理指用高能射线辐照宝石,使其颜色发生改变的处理方法。辐照处理常附加热处理,适用于由色心引起颜色的宝石,主要是使宝石产生或部分消除结构缺陷,得到不同的色心,而呈现出所需要的颜色。
自1904年发现了γ-射线后,随后的1923—1926年间科学家开始用辐照法改变矿物的颜色,进行矿物颜色的一般辐照实验。到1947年,美国的宝石研究所鲍尔先生才系统地进行了矿物的辐照改色工作。我国在宝玉石改色方面的研究工作起步较晚,到了70年代初以水晶辐照致色研究为开端,随着科技的进步,辐照改色珠宝的研究在全国轰轰烈烈地开展起来。
辐照处理是争论最大的用来改善宝石颜色外观的方法。因为它使宝石的颜色得到了改善,而又难以鉴别,而且许多辐照处理改色宝石的颜色对低温甚至是光线都很不稳定。甚至由于有残余放射性,还可能对人的身体有害,因此,此方法被归为优化处理中的处理一类,在市场出售时要求公开。
辐照改色比较成功的宝石有钻石、托帕石、锆石、石英、绿柱石及珍珠等

二、宝石辐照处理的原理
从基本原理讲,辐照即是粒子或电磁波的能量发射。辐射的类型之一,即电离辐射,具有足够的能量使宝石产生色心或相似的变化。这些辐射形式可能包括粒子(缺失电子的高速氦原子),粒子(高速电子)和γ射线(与X射线相近但具有更高能量的高能光子)或中子(具有同一个氢原子相近重量的中性氩原子粒子)。
辐照使宝石产生色心,致色的原理要涉及到晶体的缺陷、空位、色心、能带等理论。
如水晶辐照变茶、烟色是“色心致色”的典型实例。水晶是一种含少量铝杂质的晶体,A13+离子取代了晶格中的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其相连的氧离子的价电子的静电引力也比其他Si4+离子相连的氧离子的价电子要弱。如果受到辐照后与Al3+相连的某一个氧原子上的价电子就会失去一个,从而产生空位色心。于是留下的那个未成对的电子吸收有关的色光,使水晶产生颜色显示出烟色或茶色来。

三、宝石辐照的设备及其射线类型特点
从理论上讲,一切可以进行放射性辐照的源(装置),都可以作为辐照宝石的设备。不同的辐照源或装置对不同宝石的作用略有差别,其中各种射线的性质不同和各种宝石形成色心所需要的能量不同是产生这些差别的主要原因。例如,用60Co辐照水晶就可以得到满意的茶晶和黄晶等。而辐照黄玉得到的颜色就不理想,常使颜色很淡,而用中子辐照再经热处理就可以得到颜色较深的蓝色黄玉。
目前常用作为辐照宝石的设备有各式反应堆(产生高能中子)、电子加速器(产生高能电子)、钴源等,宝石经辐照后所产生的残余放射性与宝石样品所受哪种射线(γ、β、中子)照射及其辐照注入量,样品中杂质元素的种类及含量多少,被活化杂质的半衰期等密切相关。线性加速器或核反应堆可能产生残余放射性。

四、辐照宝石时要注意的问题
(1)为保证产品颜色的均匀,必须实现均匀辐照,在辐照时转动或反复翻动宝石。
(2)为避免样品在辐照时温度过高炸裂,应采用相应的冷却措施。如加入循环冷却水,或周期性将样品暴露在空气中冷却。
(3)为得到满意的颜色深度,需控制足够的放射剂量,要使宝石的颜色较深,则要反复辐照。在辐照剂量尚未饱和之前,宝石颜色的深度与辐照剂量成正比,辐照的时间越长,得到宝石的颜色越深。一般当辐照的剂量饱和之后,宝石的颜色就不变化了。
(4)辐照改善的宝石,颜色有时不稳定,遇到光和热容易退色,常用低温加热的方法去掉不稳定色心,使稳定色心保留。但低温加热后常有颜色变化,如果加热的温度控制不好会使宝石完全退色恢复辐照前的颜色。
发表日期:2018-12-28  浏览次数:
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