寶石改善輻照處理優(yōu)秀公開課

輻照處理

黃色綠柱石紫鋰輝石綠色鋰輝石藍色托帕石鉆石Maxixe綠柱石本節(jié)要點1.熟悉輻照處理的原理及設(shè)備。2.熟悉輻照處理寶石應(yīng)注意的問題。

3.掌握幾種常見輻照處理寶石的鑒別特征。第一節(jié)輻射和輻射源輻射：波動（機械波或電磁波）或大量微觀粒子從它們的發(fā)射源出發(fā)，在空間或煤質(zhì)中向各方向傳播的過程，有時也指波動能或大量微觀粒子本身。輻照：輻射對物質(zhì)體的作用過程，由輻照所引起的物質(zhì)體的物理和化學反應(yīng)稱為輻照效應(yīng)。1、重帶電粒子常見的有：質(zhì)子、氘核、α粒子、裂變碎片等，帶有不同數(shù)量的正電荷，質(zhì)量比電子大得多。α粒子——24He2、高能電子包括放射性元素核轉(zhuǎn)變時釋放出來的β射線（電子或正電子）及電子加速器產(chǎn)生的能量接近單一的電子束。高能電子在通過物質(zhì)時主要與電子相碰撞而損失能量，從而引起物質(zhì)中原子或離子的激發(fā)與電離。速度快、穿透能力強、射程大。3、電磁輻射γ射線與x射線本質(zhì)上與可見光、電磁波一樣都屬于電磁輻射，但來源及能量分布不同。x射線包括特征x射線和連續(xù)x射線。γ射線是放射性核素衰變過程中產(chǎn)生的波長極短的電磁輻射。電磁輻射既不帶電，也沒有靜止質(zhì)量，在物質(zhì)中的穿透能力比電子強。4、中子質(zhì)量約為一個原子質(zhì)量單位的不帶電粒子。主要來源有核輻射源、重核裂變及輕核聚變。輻射源輻射源：能夠產(chǎn)生電離輻射的物質(zhì)或裝置。①通過核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生電離輻射的裝置或物質(zhì)，如核反應(yīng)堆和放射性元素。②通過電磁場把帶電粒子加速至高能量的電器裝置，或可產(chǎn)生電離輻射的裝置。特點：每次衰變可發(fā)射出兩個能量相近的單一能量的γ射線，γ射線穿透能力強，可以很均勻的輻照寶石。半衰期長，可以穩(wěn)定的長時間輻照處理寶石；來源充足，易于獲取，成本較低；輻射源為金屬固體，可根據(jù)需要制成各種形狀，所制造的裝置比較簡單，操作維修方便。2、核反應(yīng)堆是一種進行可控鏈式核裂變反應(yīng)的設(shè)備，可發(fā)射出強大的中子束和γ射線。微型中子反應(yīng)堆2.5MV靜電直線加速器14MeV強流電子

直線加速器第二節(jié)輻照處理引起寶石的變化一、輻照使寶石顏色變化輻照粒子照射到寶石上，高能粒子會與寶石中的原子或粒子發(fā)生相互作用，使寶石的離子電荷或晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化從而使顏色變化。輻照對寶石產(chǎn)生不同的效應(yīng)，包括：1.使寶石形成天然已發(fā)現(xiàn)和尚未發(fā)現(xiàn)的色心；2.使已有的色心強化；3.恢復由于加熱和光照而退色的色心；4.改進與色心無關(guān)的色彩等。輻照引起寶石的主要變化綠柱石無色→黃色海藍寶石藍色→綠色、淺藍色→深藍色剛玉無色→黃色（不穩(wěn)定）鉆石無色、淺色→黃、綠、藍色或黑、褐、粉紅、紅色珍珠→灰、褐、藍或黑色石英無色→黃色、黃綠色、綠色、煙色無色→紫色、深黃色、黃綠色、紫-黃雙色鋰輝石→綠色（不穩(wěn)定）、黃色托帕石無色→棕色（不穩(wěn)定）、藍色黃色→粉紅色、橙紅色碧璽無色、淺色→黃、褐、粉紅、紅、綠-紅、藍-紫紅色鋯石無色→褐色、微紅色大理石白色→黃色、藍色、丁香紫色輻照使寶石致色最主要的原理是在寶石晶體內(nèi)產(chǎn)生各種色心：電荷缺陷色心、離子缺陷色心。1、輻照產(chǎn)生的電荷缺陷色心晶格點陣上的離子僅在帶電性質(zhì)上發(fā)生變化而形成的色心，而該晶格位上的離子既不增加也不減少。寶石晶體受到輻照時，輻射粒子與晶格位上離子的外層電子發(fā)生相互作用，把輻射能量傳給電子，電子在吸收一定能量后克服離子的束縛而逃逸出去，這就是離子的電離或激發(fā)，從而形成電荷缺陷色心。輻照源可以是帶電粒子（αβ）、中子、射線等。2、輻照產(chǎn)生的離子缺陷色心正常晶格位的離子在位置上發(fā)生變化，形成諸如正負離子空位、空位聚集、填隙離子等缺陷。輻射源有γ射線、電子束、熱中子、原子束、離子束等。重粒子使晶格離子發(fā)生遷移比輕粒子更有效，但能量太大的重粒子在碰撞中轉(zhuǎn)移給晶格離子的能量太大，從而在晶體中產(chǎn)生嚴重的凝聚缺陷。二、輻照處理誘發(fā)的放射性放射性指放射性原子核由于處于不穩(wěn)定狀態(tài)，向另一種核素轉(zhuǎn)變并放出輻射和能量的過程。常見的天然放射性元素有236Ra、238U、232Th等。通過高能輻射，可使一些穩(wěn)定元素發(fā)生核反應(yīng)而產(chǎn)生放射性，這就是輻照誘生的放射性。能誘生的放射性的輻照粒子主要是中子束、高能電子束、質(zhì)子束和α粒子束。寶石輻照處理中常用的是中子輻照。由于天然寶石或多或少含有微量雜質(zhì)元素，其受到中子輻照時，常常被激活，變成放射性核素。三、輻照處理對寶石的損壞

輻照能量過大、輻照時間過長，晶體內(nèi)產(chǎn)生空位聚集區(qū)，對形成色心不利，使寶石產(chǎn)生灰色或黑色。輻照首先主要作用于表面，寶石表層的原子或離子吸收足夠大的能量時可脫離晶體表面逃逸到空氣中，即輻照氣化作用。使寶石表面遭到破壞。輻照可能會使寶石局部在極短時間內(nèi)產(chǎn)生高溫，使寶石發(fā)生碎裂。四、影響寶石輻照改色的因素寶石本身的成分和晶體結(jié)構(gòu)輻射類型輻照功率和寶石吸收劑量輻照技術(shù)

1.把寶石放入輻照設(shè)備（如反應(yīng)堆）中心處。2.樣品盒由電動機帶動不停轉(zhuǎn)動。3.有進水、出水冷卻樣品，水溫不超過50℃。輻照寶石時要解決的技術(shù)問題？（1）為保證顏色均勻，須轉(zhuǎn)動寶石實現(xiàn)均勻輻照。（2）為避免樣品在輻照時溫度過高炸裂，應(yīng)采用相應(yīng)冷卻措施。如加入循環(huán)冷卻水等。（3）控制放射劑量或反復輻照以得到滿意的色度。輻照劑量未飽和前，顏色深度與輻照劑量、時間成正比。輻照劑量飽和后，寶石的顏色便穩(wěn)定不變。（4）輻照改善有時顏色不穩(wěn)定，遇光、熱易退色。通常輔助低溫去掉不穩(wěn)定色心，保留穩(wěn)定色心。鉆石的輻照處理有：鐳鹽處理、回旋加速器處理、中子輻照和電子輻照等方法。

將鉆石埋于鐳鹽中→綠色，通過α粒子→表面有20μm厚的綠色。主要特點：a.α粒子為帶電粒子，顏色僅在表層；b.綠色是永久的，不褪色；c．被處理樣較長時間有放射性，會造成傷害。（1）鐳鹽處理（α粒子）（2）回旋加速器處理（質(zhì)子、氘核、α粒子）轟擊金剛石著色；運用回旋加速器對質(zhì)子、氘核或α粒子進行加速，使高速運行的帶電粒子轟擊鉆石，產(chǎn)生暗綠至黑色。主要特點：a.帶電粒子不能穿入鉆石深部，顏色僅在表面。b.輻照產(chǎn)生暗綠色，處理時間長為黑色。c.經(jīng)處理的鉆石有短暫的放射性。d.顏色穩(wěn)定，長久不褪。e.在500～900℃加熱，使綠色→黃色、橙色或褐色。加速電子轟擊鉆石，產(chǎn)生藍至藍綠色調(diào)。主要特點：a.電子帶電，處理深度可達2mm。b.輻照時產(chǎn)生熱量，但可以控制。c.處理的顏色不褪色，但表面分布不均勻。d.基本沒有放射性。e.加熱處理→桔黃、粉紅-紅紫和褐色。（3）線性加速器（高能電子）是目前輻照處理鉆石的主要方法。主要特點：a.中子不帶電荷，可以穿透鉆石，因而輻照處理產(chǎn)生的顏色是整體的。b.輻照先產(chǎn)生綠色，進一步輻照產(chǎn)生暗綠-黑色。c.綠色不褪色。d.輻照初期有短暫放射性，但成品無傷害。（4）核反應(yīng)堆處理（高能中子）（5）γ射線處理采用Co-60，可使鉆石變成藍或藍綠色。主要特點：a.γ射線穿透能力強，可使整個鉆石改色。b.Co60能量較低，處理過程長，需幾個月，因而目前幾乎沒有應(yīng)用。但γ射線對大多數(shù)寶石是最常用的輻照方法。

γ射線不誘發(fā)放射性，非常安全。

β射線誘發(fā)少量的放射性，因此處理后的寶石必須進行放射線測量。

中子射線誘發(fā)一定量放射性物質(zhì)，須嚴格檢測。

輻照處理鉆石的鑒定天然彩鉆，為直線狀或角狀色帶，與晶面平行，人工致色，色帶平行于琢型寶石的小面。處理產(chǎn)生的顏色分布集中，與琢型、轟擊方向有關(guān)。

亭部輻照：圓鉆型底尖成環(huán)狀，形成“傘狀效應(yīng)”；階梯型靠近底面有與其平行的窄色帶。

冠部輻照：冠部刻面輪廓顏色富集；圍繞腰棱的深色環(huán)。

邊部轟擊：無特征的圖案，靠近轟擊源一側(cè)顏色深。1．顏色分布2．吸收光譜：

黃鉆H4色心引起的吸收線含氮無色鉆石經(jīng)輻照＋加熱處理→黃色（H3和H4色心），且以H4為主；天然黃鉆沒有H4或H4色心不明顯。反之不成立。

595nm或H1b和H1c線輻照黃鉆可存在595nm的吸收線，但在加熱處理中，隨溫度上升，595nm吸收線會消失，同時在紅外光譜區(qū)將出現(xiàn)H1b和H1c吸收線。3．導電性：天然藍鉆能導電和透過短波紫外光，輻照藍鉆則不導電。2.托帕石的輻照處理及鑒定輻照處理托帕石具有商業(yè)價值，增強或產(chǎn)生粉紅色、黃色、褐色和藍色。線性加速器處理后顏色較深，再熱處理去除黃色調(diào)核反應(yīng)堆輻照處理→藍色，不需再經(jīng)加熱。中至深的灰藍色，墨水藍是典型反應(yīng)堆輻照產(chǎn)物，輔助熱處理去除，產(chǎn)生較淺、飽和的顏色。目前綜合處理：

核反應(yīng)堆→線性加速器→加熱處理根據(jù)顏色的強度和深度

大多數(shù)輻照處理的藍色托帕石的顏色在自然界還從沒有發(fā)現(xiàn)，到目前為止，還沒有任何非破壞性辦法能準確檢測藍色托帕石的顏色是否經(jīng)優(yōu)化處理。黃色和褐色托帕石（天然或人工），光照下均可褪色。

輻照處理的藍色托帕石天然藍色托帕石（巴西）輻照彩色鉆石輻照＋熱熱處理各色托帕石3.綠柱石的輻照處理及鑒定綠柱石經(jīng)輻照，由無色→黃色（2500C以下穩(wěn)定），藍色→綠色，粉紅色→橙黃色。無色綠柱石→粉紅色，無色或綠色→金黃色和藍綠色Maxixe型無色、暗藍色、綠色、黃色、粉色、藍色綠柱石↓γ射線、短波紫外線深鈷藍色的綠柱石輻照處理的寶石無放射性，但產(chǎn)生鈷藍色不穩(wěn)定，較溫和的加熱或光照，就會使其褪色。市場上的鈷藍色綠柱石均為輻照產(chǎn)品。

Maxixe型輻照處理藍色綠柱石的鑒別特征有：

①鈷藍色區(qū)別于海藍寶石的天藍色；

②

吸收光譜在紅區(qū)（695nm、655nm）有兩個帶，在橙區(qū)（628nm、615nm）有弱帶、黃、黃綠區(qū)（581nm、550nm）有弱帶，天然海藍寶石則無。

③

二色性，藍色—常光方向，無色—非常光方向，天然海藍寶石相反。

④富含稀有金屬Cs、B。

⑤密度2.80g/cm3、折射率1.548-1.592，均﹥綠柱石。

綠柱石的輻照處理一般不易檢測。其它寶石：碧璽：主要產(chǎn)生粉紅色、紅色，得到好的顏色的同時會產(chǎn)生裂紋。不易檢測。石英：幾乎所有石英通過輻照都可以形成煙色。后再經(jīng)減色處理形成所需顏色，不易檢測。芙蓉石輻照后顏色加深，無色水晶輻照后成紫晶、黃晶，不易檢測。長石、方柱石、鋰輝石、方解石、珍珠等。表面處理

表面處理的概念表面處理是采用簡單的不改變寶玉石基本性質(zhì)，改善質(zhì)量的一類物理修飾法。

寶石的表面處理有很長的歷史。主要特點是用一些無色或有色的薄膜狀物質(zhì)均勻附于寶石表面，以達到改善寶石顏色狀和表面光潔度，增強寶石光澤及掩蓋寶石表面缺陷（坑、裂、擦痕等）的目的。寶石的表面處理分為：涂層法、鍍膜法和貼箔法。涂層法涂色將顏料或染料涂于寶石表面以改善寶石顏色外觀的方法。涂層

將有色膜或具有強反射的膜涂于寶石表面、亭部刻面或底面以改善它們的顏色或亮度的方法，也稱為覆膜。涂色和涂層處理都具有欺騙性，應(yīng)予以公開。涂色涂色是一種古老的改色技術(shù)，主要用于無色、顏色很淺或顏色不佳的寶石成品。如帶黃色調(diào)的鉆石，在其亭部或腰棱處涂上藍色，因為藍色與黃色互補，使鉆石的黃色調(diào)抵消，看起來更白。涂色也曾用在色淺的綠色綠柱石上以仿祖母綠。由于涂色效果不持久，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用。涂色寶石的鑒別特征

鑒定方法與染色的鑒定相同。觀察寶石的光譜、查爾斯濾色鏡下顏色的變化、顏色分布、試劑擦拭等都是鑒定涂色有效的手段。涂色處理的鉆石，在顏色分級時可能會發(fā)現(xiàn)很難定色級，這時要注意檢察其亭部和腰棱表面的顏色，和用蘸試劑的棉球擦拭。涂層

涂層的物質(zhì)稱涂層劑，常見有蠟、油漆、無色清漆及混合染料的各種樹脂膠等，目前采用的新材料有金屬及其氧化物等。

透鏡涂層是在寶石表面涂一層氟化鎂，類似照相機鏡頭表面的防反射膜。淡藍色氟化鎂膜極薄，粘性強。黃色調(diào)鉆石經(jīng)透鏡涂層處理，可以抵消黃色調(diào)，提高色級。用堅硬的針或丙酮都無法除去薄層。

水色氣息是1988年出現(xiàn)在水晶、無色托帕石及其他無色透明材料表面涂層處理的新方法。利用真空噴涂技術(shù)在晶體或?qū)毷砻嫱恳粚臃浅１《该鞯募兘穑ɑ蜚K、銀）膜，使其表面呈藍-藍綠色，伴有似銅的表面暈彩，天然寶石無此效果。涂層耐久性好，不影響各項寶石學性質(zhì)。

涂層寶石的鑒別特征

（1）寶石亭部涂層用表面反射照明，在20-40X放大下觀察可以發(fā)現(xiàn)劃痕、涂層剝落的斑痕及含氣泡的表面暈彩斑。（2）涂層寶石的折射率很難測出。（3）用鋼針刻劃在膜上會留下痕跡。（4）用熱針測試，塑料膜會有異味反應(yīng)。（5）透鏡涂層的鉆石會帶有明顯的灰色調(diào)，與比色石比較時，很難定其色級。

鍍膜法鍍膜法是現(xiàn)代技術(shù)在寶石表面處