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电子束辐照宝石以增强颜色

2026-05-27 14:11

摘要:数百年来,人们一直在对宝石进行多种处理,以增强那些缺乏颜色和透明度的宝石的色泽与净度。以往的做法包括欺诈性的或其他方式的工艺来实现颜色增强,而电离辐射已被证明是一种可靠且可重复的技术。三种辐照工艺包括暴露于伽马辐照、电子束辐照以及核电站辐照。宝石电子束辐照技术是一种让宝石暴露于高电离辐射电子束下,通过击出电子来产生色心,最终使宝石呈现更深颜色的技术。这些色心可能是稳定的,也可能是不稳定的。在9兆电子伏以下,受辐照的宝石通常不会产生放射性。


在电子束辐照中心(Alurtron)开展了一项研究,使用从巴基斯坦获得的不同种类的珍贵宝石进行宝石颜色增强。研究表明,电子束辐照不仅能增强宝石的颜色,还能提高某些类型宝石的净度。所处理的宝石包括紫锂辉石、碧玺、黄玉、石英、海蓝宝石和养殖珍珠。采用25千戈瑞至200千戈瑞的剂量,以评估剂量对颜色和净度的影响,并筛选出最佳剂量。所使用的样本包括天然宝石和刻面宝石。研究得出结论,那些在世界市场上价格低廉的宝石,其颜色和净度的增强能带来显著的收入增长。


关键词宝石、电子束、颜色增强

引言

宝石最吸引人和最明显的特征是颜色。同样的宝石可以呈现不同的颜色。例如,蓝宝石呈现出不同深浅的蓝色和粉色,而花式蓝宝石则呈现出从黄色到橙粉色的一系列其他颜色。这种颜色的差异是基于石头的原子结构。虽然不同的石头在形式上具有相同的化学成分,但它们并不完全相同。偶尔,一个原子会被一个完全不同的原子所取代,这个原子被称为杂质。这些杂质足以吸收某些颜色,而其他颜色不受影响。

在实践中,宝石通常被处理以增强宝石的颜色或透明度。根据处理的类型和程度,它们会影响宝石的价值。一些处理方法被广泛使用,因为得到的宝石是稳定的,而另一些则不被接受,最常见的原因是宝石颜色不稳定,可能会恢复到原始色调(Nassau.K)。增强的宝石可能会导致稳定或不稳定的颜色,这取决于所产生的色心的性质(沙姆沙)。

材料与方法

本实验中使用了从巴基斯坦几个地区带来的珍贵和半珍贵宝石(锂辉石、碧玺、黄玉、海蓝宝石和石英)。来自东马来西亚(沙巴)的养殖珍珠也被用来补充初步评估。所有宝石和养殖珍珠都接受了25至200kGy剂量的电子束照射。将样品密封在塑料袋中,并使用手推车作为载体暴露于2MeV能量和10mA束流的电离辐射下。全部样品在不冷却的情况下在环境空气中照射。

结果和讨论

决定宝石价值有四个重要参数,即颜色、净度、克拉(重量)和切工。通过使用辐照,可以改变并改善颜色和净度特性,以实现增值目的。在自然情况下,许多因素都可能导致宝石的颜色发生变化。已证实的因素包括杂质、色心和电荷转移。

杂质是一种重要的元素,它会导致宝石呈现颜色,且在宝石中的浓度较低。杂质是指那些不存在于纯化合物中的元素,如钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)等。例如,红宝石中可能含有不到1%的铬,它就会呈现出粉红色或红色,而同样的材料如果不含铬,则会完全无色。

杂质的氧化态也会影响颜色。如果杂质离子能产生颜色,那么若其氧化态能够改变,颜色也会随之改变。这就是辐照的作用原理。对绿色或黄色的绿柱石进行电离辐照加热,会使三价铁还原,绿柱石就会变成蓝色。

以下结果展示了各种珍贵宝石的原始颜色以及经过辐照后的颜色。

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以下照片说明了宝石颜色增强和一些选定宝石透明度提高的一些成就。

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结论


可以得出结论,宝石辐照的最佳剂量为50千戈瑞,在此剂量下可观察到明显的颜色变化。电子束辐照已被证明是一种有助于提高宝石价值(增强颜色和改善净度)的有效设备。在所有经电子束处理的宝石中,颜色的产生都伴随着净度的提升。


预计在马来西亚,宝石辐照的商业开发有望带来商业利益。


参考文献


1. Ahmed, S. (2009), Value addition in diamonds and other gemstones by nuclear radiation: the phobias and safety considerations, Journal Atoms for Peace , 2(4):109-418 (2009) 


2. Nassau, K., McClure, S. F., Elen, S., and Shigley, J.E.,Synthetic moissanite: A new diamond substitute. Gems  and Gemology, vol.XXXIII, 260-275(1997)




来源丨槟榔郭微信公众号

编译丨槟榔郭