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人工宝石相关知识


电子束辐射改色天空蓝黄玉的工艺研究
2011-09-06
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王瑛

天然黄玉在自然界中呈现多种颜色,有无色、蓝色、黄色、粉红色等,所有这些不同的颜色基本上都是由于存在色心引起的[2]。但我国不少地方产于冲积漂砾砂矿中的天然黄玉,肉眼观察几乎无色。通过辐射技术处理,改善天然无色黄玉的颜色,对于提高中、低档宝石的价值和质量,充分合理利用宝石资源等方面具有重要的意义。
目前,用于黄玉改色的辐射装置有60Co-γ辐射源装置,电子加速器和反应堆。由于60Co -γ辐射源辐照改色后的黄玉颜色太浅,因此,常用的辐照改色方法主要是两种:反应堆快中子法和加速器产生的电子束辐照法。与反应堆快中子辐射改色黄玉方法相比,用加速器产生的电子束辐射改色黄玉的优点是:没有放射性,处理周期短,颜色明亮。辐照后其晶体的物理与化学性质和天然黄玉一样[1]。缺点是颜色浅,达不到瑞士蓝和伦敦蓝的颜色。
1  材料和方法
1.1试验材料为黄玉成品戒面,规格不等,大多是6×8—12×14mm的圆形、椭圆形、祖母绿形及异形。
1.2 电子束辐照在北京师范大学低能核物理研究所BF-5电子直线加速器上进行(见图1)。该机能量为3—5Mev,平均束流200µA,扫描宽度60厘米,束流均匀度 ± 6%,另配有冷却水装置。



图1   BF-5电子直线加速器

1.3 我们的工艺采用加速器与60Co -γ辐照相结合的方法。60Co -γ辐照分别在北京市射线应用研究中心和中国农业科学院原子能研究所进行。
1.4 热处理:
将辐照后的黄玉样品放在“马福炉”里,迅速升温到预定温度,保温一定时间,取出样品后冷却。
2   结果与讨论
2.1 辐照剂量
辐照剂量是指单位质量物质所吸收的电子束能量的多少(用Gy表示),其对辐照黄玉的改色效果起着至关重要的作用。辐照剂量与电子加速器设备本身也有一定关系,在电子束流强度一定的情况下,随着辐照剂量的提高,黄玉改色的效果也随之提高,即颜色的深度及稳定性与辐照剂量成正比。但增大辐照剂量至1×108Gy,改色后的黄玉仍达不到瑞士蓝颜色,反而使改色成本增加,因此确定适宜的辐照剂量是很重要的。
在无色黄玉辐照过程中,我们发现,在很低的辐照剂量下(大约6KGy),无色黄玉辐照后即变成深浅不一的黄—褐色,增大辐照剂量,颜色会加深;当辐照总剂量达到约5×107Gy时,黄—褐色颜色还稍有变浅,再增大辐照剂量至约1×108Gy,相当一部分黄玉出现浅绿色色调。对不同辐照剂量条件下改色黄玉的颜色比较(见表1)表明:在我们的电子加速器设备条件下,适宜的辐照剂量是5×107Gy—1×108Gy。而采用60Co-γ辐射和电子束辐照两种方法结合,改色后黄玉的颜色比单独用电子束辐照方法处理的颜色稍微明亮一些。用60Co-γ辐射源辐照改色的黄玉,因颜色太浅,且有灰色色调,达不到商业宝石的品质。
表1   不同辐照源条件下改色黄玉的颜色的比较

 


辐射源

辐照时间

辐照剂量

颜色

放射性

电子束

2天-3天

107Gy-108Gy

天空蓝

60Co-γ

9个月

107Gy

浅天空蓝

电子束+60Co-γ

10天

107Gy

天空蓝

快中子

1天

1017(中子/厘米2)

瑞士蓝

另外,在用电子束辐照黄玉工艺中,由于电子束的穿透能力取决于电子束的能量和被照材料的密度,一定的辐照剂量情况下,束流越大电子束功率越大,其结果是产生的热量也越大,热量增大不利于黄玉色心的形成,因此,必要的束下冷却装置是必需的。
2.2热处理
热处理是黄玉改色工艺中很重要的一环。热处理的目的是消除杂色,而把所需要的蓝色充分显现出来。热处理温度过低或时间短,改色黄玉的颜色不明亮,且有灰色调;若温度过高,则有可能前功尽弃,辐照后的黄玉又褪成无色;这个过程是可逆的。
在辐射剂量比较低的情况下,黄玉的黄—褐色不稳定,强阳光条件下,一般数小时或1天即褪色。当辐照总剂量达到5×107Gy以上的改色黄玉,在自然条件下,即日光和常温下不会褪色。作者手里有改色16年的黄玉,至今颜色还很稳定,肉眼未观察到有颜色减褪。但在超过450℃的温度下,用电子束和60Co-γ辐射源辐照改色的蓝黄玉颜色会完全褪掉。
3   结论
用3—5Mev电子直线加速器产生的电子束辐射处理无色黄玉,研究了不同辐照剂量条件下,黄玉颜色变化的规律,选择了适宜的辐照剂量,辐照剂量应不低于5×107Gy 。
辐照后黄—褐色黄玉的热处理条件的精确控制是获得明亮的天空蓝黄玉颜色的关键。

 

参考文献:
[1]  王树根,李植清,黄玉的优化的实验研究 [J], 珠宝科技,1996,(2)18-21
[2]  Nassau. K., 1984.Gemstong Enhancement〔M〕. Butterworths, London.

 

作者介绍:
王 瑛――中宝协第三届人工宝石专业委员会委员
北京师范大学低能核物理研究所 副研究员



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