1、輻照處理 黃色綠柱石紫鋰輝石綠色鋰輝石黃水晶紅色碧璽藍(lán)色托帕石鉆石Maxixe綠柱石本節(jié)要點(diǎn)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(dòng)（機(jī)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(shí)也指波動(dòng)能或大量微觀粒子本身。 輻照：輻射對(duì)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(xué)反應(yīng)稱為輻照效應(yīng)。輻射通常指電離輻射，因?yàn)檩椛湓谂c物質(zhì)作用過程中可直接或間接地通過能量轉(zhuǎn)換而使被輻照物質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)。常見的電離輻射有四類： 重帶電粒子 高能電子 電磁輻射 中子1

2、、重帶電粒子 常見的有：質(zhì)子、氘核、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。 粒子 24He2、高能電子 包括放射性元素核轉(zhuǎn)變時(shí)釋放出來的射線（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(shí)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(qiáng)、射程大。3、電磁輻射 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。 射線是放射性核素衰變過程中產(chǎn)生的波長(zhǎng)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(qiáng)。4、中子 質(zhì)量約為一個(gè)

3、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。 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。 通過電磁場(chǎng)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。1、放射系元素輻射源放射性元素可通過衰變放射出射線和射線。寶石輻照處理中主要使用射線。放射性元素很多，主要用60Co，少量用137Cs。Co-6輻照裝置特點(diǎn)： 每次衰變可發(fā)射出兩個(gè)能量相近的單一能量的射線， 射線穿透能力強(qiáng)，可以很均勻的輻照寶石。 半衰期長(zhǎng)，可以穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)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

4、成各種形狀，所制造的裝置比較簡(jiǎn)單，操作維修方便。2、核反應(yīng)堆 是一種進(jìn)行可控鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的設(shè)備，可發(fā)射出強(qiáng)大的中子束和射線。微型中子反應(yīng)堆3、電子加速器 使用電磁場(chǎng)是電子獲得高能量的裝置。主要有電子靜電加速器、絕緣瓷芯變壓直線加速器、微波電子直線加速器、X射線管。2.5MV 靜電直線加速器14MeV強(qiáng)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(huì)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(duì)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(qiáng)化； 3

5、. 恢復(fù)由于加熱和光照而退色的色心； 4. 改進(jìn)與色心無關(guān)的色彩等。 水晶理論化學(xué)式：SiO2當(dāng)含少量雜質(zhì)鋁時(shí)。出現(xiàn)A13+Si4+，電價(jià)不平衡。 晶體場(chǎng)理論認(rèn)為：A1-O間的靜電引力弱于Si-O，受輻照后使與Al鍵合的O價(jià)電子會(huì)失去一個(gè)，從而產(chǎn)生空位色心。留下未成對(duì)的電子吸收有色光，使水晶產(chǎn)生顏色顯示出煙色或茶色來。 實(shí)例：水晶茶、煙色輻照引起寶石的主要變化綠柱石 無色黃色海藍(lán)寶石 藍(lán)色綠色、淺藍(lán)色深藍(lán)色剛玉 無色黃色（不穩(wěn)定）鉆石 無色、淺色黃、綠、藍(lán)色或黑、褐、粉紅、紅色珍珠 灰、褐、藍(lán)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）、

6、黃色托帕石 無色棕色（不穩(wěn)定）、藍(lán)色 黃色粉紅色、橙紅色碧璽 無色、淺色黃、褐、粉紅、紅、綠-紅、藍(lán)-紫紅色鋯石 無色褐色、微紅色大理石 白色黃色、藍(lán)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(diǎn)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(shí)，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（）、中子、射線等。2、輻照產(chǎn)生的離子

7、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(fù)離子空位、空位聚集、填隙離子等缺陷。 輻射源有射線、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(yán)重的凝聚缺陷。3、寶石輻照致色的逆轉(zhuǎn) 加熱色心漂白 輻照和熱處理綜合使用，去掉不穩(wěn)定色心，達(dá)到固色的目的。 輻照改色與加熱漂白是可逆過程。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

8、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(shí)，常常被激活，變成放射性核素。三、輻照處理對(duì)寶石的損壞 輻照能量過大、輻照時(shí)間過長(zhǎng)，晶體內(nèi)產(chǎn)生空位聚集區(qū)，對(duì)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(shí)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(huì)使寶石局部在極短時(shí)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

9、寶石吸收劑量 寶石經(jīng)輻照后所產(chǎn)生的殘余放射性決定于： 1. 射線照射類型及輻照注入量； 2. 樣品中雜質(zhì)元素的種類及含量； 3. 活化雜質(zhì)的半衰期等相關(guān)。線性加速器或核反應(yīng)堆可能產(chǎn)生殘余放射性。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(dòng)機(jī)帶動(dòng)不停轉(zhuǎn)動(dòng)。3. 有進(jìn)水、出水冷卻樣品，水溫不超過50。輻照寶石時(shí)要解決的技術(shù)問題？（1）為保證顏色均勻，須轉(zhuǎn)動(dòng)寶石實(shí)現(xiàn)均勻輻照。（2）為避免樣品在輻照時(shí)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(fù)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(shí)間成正比。 輻照劑量飽和后，寶石的

10、顏色便穩(wěn)定不變。（4）輻照改善有時(shí)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。輻照處理方法爭(zhēng)論最大： 1. 使寶石顏色得到改善，鑒別難； 2. 處理后的顏色對(duì)低溫、光線不穩(wěn)定； 3. 放射性殘余。被歸為處理一類，在市場(chǎng)上要求公開。輻照處理的寶石有鉆石、托帕石、鋯石、石英、綠柱石及珍珠等。第三節(jié) 輻照處理的寶石及鑒定 天然彩鉆稀少，昂貴。鑒別彩鉆是天然還是人工輻照處理是寶石鑒定師面臨最大的挑戰(zhàn)。 輻照熱處理鉆石的顏色，為永久性改色。 適用于：有色而且顏色不好的鉆石， 如褐色天藍(lán)色、綠色： 但此法不能使顏色變淺；不能提高顏色的色級(jí)。 1. 鉆石 鉆石的輻照處理有：鐳鹽處理

11、、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， 通過粒子表面有20m厚的綠色。 主要特點(diǎn)：a. 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(zhǎng)時(shí)間有放射性，會(huì)造成傷害。（1） 鐳鹽處理（粒子） （2） 回旋加速器處理（質(zhì)子、氘核、粒子） 轟擊金剛石著色；運(yùn)用回旋加速器對(duì)質(zhì)子、氘核或粒子進(jìn)行加速，使高速運(yùn)行的帶電粒子轟擊鉆石，產(chǎn)生暗綠至黑色。主要特點(diǎn)：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(shí)間長(zhǎng)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(zhǎng)久不褪。e. 在500900加熱，使綠色黃色、橙色或褐色。 加

12、速電子轟擊鉆石，產(chǎn)生藍(lán)至藍(lán)綠色調(diào)。主要特點(diǎn)： a. 電子帶電，處理深度可達(dá)2mm。 b. 輻照時(shí)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(diǎn)：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(jìn)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） 射線處理采用Co-60，可使鉆石變成藍(lán)或藍(lán)綠色。主要特點(diǎn)：a. 射線穿透能力強(qiáng)，可使整

13、個(gè)鉆石改色。b. Co60能量較低，處理過程長(zhǎng)，需幾個(gè)月，因而目前幾乎沒有應(yīng)用。 但射線對(duì)大多數(shù)寶石是最常用的輻照方法。 射線不誘發(fā)放射性，非常安全。 射線誘發(fā)少量的放射性，因此處理后的寶石必須進(jìn)行放射線測(cè)量。 中子射線誘發(fā)一定量放射性物質(zhì)，須嚴(yán)格檢測(cè)。 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

14、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(huì)消失，同時(shí)在紅外光譜區(qū)將出現(xiàn)H1b和H1c吸收線。3導(dǎo)電性：天然藍(lán)鉆能導(dǎo)電和透過短波紫外光， 輻照藍(lán)鉆則不導(dǎo)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(jià)值，增強(qiáng)或產(chǎn)生粉紅色、黃色、褐色和藍(lán)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(lán)色，不需再經(jīng)加熱。中至深的灰藍(lán)色，墨水藍(lán)是典型反應(yīng)堆輻照產(chǎn)物，輔助熱

15、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(qiáng)度和深度 大多數(shù)輻照處理的藍(lán)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(zhǔn)確檢測(cè)藍(lán)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(lán)色托帕石天然藍(lán)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(lán)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(lán)綠色 Maxixe型無色、暗藍(lán)色、綠色、黃色、粉色、藍(lán)色綠柱石 射線、短波紫外線 深鈷藍(lán)色的綠柱石 輻

16、照處理的寶石無放射性，但產(chǎn)生鈷藍(lán)色不穩(wěn)定，較溫和的加熱或光照，就會(huì)使其褪色。市場(chǎng)上的鈷藍(lán)色綠柱石均為輻照產(chǎn)品。 Maxixe型輻照處理藍(lán)色綠柱石的鑒別特征有： 鈷藍(lán)色區(qū)別于海藍(lán)寶石的天藍(lán)色； 吸收光譜在紅區(qū)（695nm、655nm）有兩個(gè)帶， 在橙區(qū)（628nm、615nm）有弱帶、 黃、黃綠區(qū)（581nm、550nm）有弱帶， 天然海藍(lán)寶石則無。 二色性，藍(lán)色常光方向，無色非常光方向， 天然海藍(lán)寶石相反。 富含稀有金屬Cs、B。 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(cè)。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(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋

17、。不易檢測(cè)。 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(cè)。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(cè)。 長(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)的歷史。主要特點(diǎn)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(dá)到改善寶石顏色狀和表面光潔度，增強(qiáng)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(qiáng)反

18、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(lán)色，因?yàn)樗{(lán)色與黃色互補(bǔ)，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(jí)時(shí)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)很難定色級(jí)，這時(shí)要注意檢察其亭部和腰棱表面的顏

19、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(jī)鏡頭表面的防反射膜。淡藍(lán)色氟化鎂膜極薄，粘性強(qiáng)。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(jí)。用堅(jiān)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(lán)-藍(lán)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(xiàng)寶石學(xué)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(cè)出。（3）用鋼針刻劃在膜上會(huì)留下痕跡。（4）用熱針測(cè)試，塑料膜會(huì)有異味反應(yīng)。（5）透鏡涂層的鉆石會(huì)帶有明顯的灰色調(diào)，與比色石比較時(shí)，很難定其色