Облучение. Радиационная окраска презентация

Радиационная окраска связана с образованием под действием ионизирующей радиации электронных и дырочных центров окраски, возникающих в реальных кристаллах с различными структурными и примесными дефектами. В природе источником излучения часто служат окружающие породы. Дырочный центр окраски О- представляет собой локализованный на ионе кислорода дефицит электрона. Полосы поглощения центра О- располагаются в области 220-330 нм, но их длинноволновый край может попадать в видимую область спектра, вызывая появление желтоватых и коричневатых тонов окраски.

Различная температурная устойчивость радиационных центров окраски позволяет с помощью искусственной термообработки драгоценных камней получать желаемый их цвет. В этом случае окраска драгоценных камней, связанная с электронно-дырочными центрами может быть частично или полностью утрачена. И если в результате естественной термообработки в природных условиях не произошло необратимое разрушение потенциальных радиационных центов окраски, то они могут быть восстановлены путем искусственного ионизирующего облучения.

Ионизирующее излучение - это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Общепринято видимый свет и ультрафиолетовое излучение не включать в понятие «ионизирующее излучение». Ионизирующие излучения условно подразделяют на электромагнитное (рентгеновские и гамма-лучи) и корпускулярное (излучение, состоящее из частиц - электронов, протонов, дейтронов, альфа-частиц и др.)

Для целей облагораживания важны такие характеристики облучения, как проникающая способность и однородность окрашивания облучаемого материала. Облучение рентгеновскими лучами, электронами и положительными частицами обладает плохой проникающей способностью, поэтому часто происходит лишь поверхностное окрашивание. Гамма-лучи и нейтронное излучение хорошо проникают в вещество и поэтому дают однородное окрашивание. Облучение положительными частицами и нейтронами имеет серьезный недостаток – оно способно вызвать остаточную радиоактивность в обработанном материале. При электронном облучении происходит сильный нагрев облучаемой поверхности, что может привести к образованию трещин, поэтому в процессе электронного облучения обрабатываемый материал дополнительно охлаждают.

В литературе имеются данные по облучению рентгеновскими лучами природного корунда: бесцветные и голубовато-серые сапфиры становятся янтарными, синие - темно-зелеными, розовые приобретают оранжевый оттенок, а под влиянием солнечного света природная окраска корунда восстанавливается. Под действием лучей радия сапфир и лейкосапфир желтеет. Но не существует единого мнения по поводу действия излучения на корунд. Однако, большинство авторов считает, что при взаимодействии электронов, рентгеновских и гамма-лучей с решеткой Аl2О3 происходит изменение зарядовых состояний примесей или дефектов, присущих исходным кристаллам.

Общая тенденция изменения окраски после облучения – окраска изменяется в сторону желтой области во всех образцах. Для обоих видов облучения большие изменения произошли в камнях, имеющих исходную окраску с зеленой составляющей (GB/BG, yG, styG), чем в желто-окрашенных образцах, что можно объяснить наложением дополнительной радиационной желтой окраски: 1) при наложении на зеленую составляющую изменяется цветовой оттенок во всех случаях (GB/BG à vstbG, yGàstyG, styGàgY), кроме образца yG 4/2, где изменились лишь тон и насыщенность; 2) при облучении образцов с желтой составляющей (y, oY, yO) наложение дополнительной желтой окраски приводит к усилению уже имеющегося цветового оттенка (изменения тона и насыщенности), либо окраска остается прежней (образец Y 4/5). По эффективности воздействия гамма- и электронное облучение в проведенных экспериментах практически одинаковы.

Устойчивость к свету и нагреванию
Известно, что дырочный центр О- неустойчив и при получении достаточной энергии (световой или тепловой) он захватывает электрон и превращается в О2-, и центр окраски разрушается. Изменение валентных состояний атомов (возврат их к состоянию до облучения) требует намного большей энергии, например, значительной тепловой энергии (температуры не менее 1000° С в специальной атмосфере).
Образцы, подвергнутые гамма-воздействию, при температуре 200-300° С теряют приобретенную окраску. При повторном облучении образцы опять приобретают радиационную окраску. При нахождении на свету образцы теряют приобретенную окраску через длительное время. То есть, окраска, наведенная гамма-облучением, вызвана только образованием дырочных центров О-, а процессов изменения валентного состояния не происходит.

В образцах, облученных электронами, при температуре 200-300°С слегка уменьшается насыщенность окраски (менее, чем на единицу насыщенности по системе GIA GemSet®). Эта потеря в насыщенности связана с дырочными центрами О-, а оставшаяся «невыцветшая» окраска, по-видимому, обусловлена ионизацией иона Fe2+ и изменением его валентного состояния при облучении Fe2+ à Fe3+ + e-, так как железо в трехвалентной форме обуславливает желтые тона в окраске.

Таким образом:
- приобретенная после гамма - и электронного облучения желтая составляющая окраски корундов имеет радиационную природу и связана с образованием дырочных центров O-. При электронном облучении дополнительно происходят и процессы изменения валентного состояния хромофорных примесей;
- данные виды облучения подходят для улучшения окраски желто- и оранжево-окрашенных разновидностей сапфиров. В случае с желтыми сапфирами увеличивается насыщенность окраски, а в камнях с исходной оранжевой составляющей окраски при наложении дополнительного желтого тона возможно получение ценного сапфира «падпараджа»;

- необходимо проводить дальнейшее изучение цветных сапфиров, облученных электронами, чтобы уточнить природу процессов изменения валентных состояний в них. Представляет интерес термообработка облученных сапфиров, так как облучение может приводить к «радиационному нарушению» структуры корунда, а нарушенная структура будет оказывать положительное воздействие на эффективность процессов термического облагораживания.