辐照钻石的处理方法 2011-04-24
完美的钻石应是完全无色的, 颜色是由晶格中的缺陷色心所致。因此,要改变钻石的颜色, 必须人工制造出新的缺陷色心, 为达到此目的常采用高能量的辐射方法, 通过大量实践, 人们发现, 不同类型的辐射源对钻石的辐照结果不同。下面介绍几种常见的处理方法。
1. 中子辐照处理
利用核反应堆释放出的高能中子束辐照处理钻石, 是目前最常用的方法之一。中子是质量约为一个原子质量单位的中性(不带电) 粒子。中子的主要来源有核辐射源、重核裂变及轻核聚变等。根据中子的能量大小, 可将其分为: 热中子( 0. 025eV)、慢中子( 0. 03 ～ 100 eV )、中能中子( 100 ～ 10 keV )、快中子( 10 keV ～ 10MeV ) 及高能中子( > 10 MeV)。中子的穿透能力不如γ射线和高速电子束, 但它具有很高的辐射能量。将钻石置于核反应器中用快中子照射, 当高速中子与钻石中的碳原子碰撞时, 很轻易使碳原子离开其原来的位置形成晶格缺陷。这种晶格缺陷色心(离子缺陷色心) 使钻石具有比较均匀的蓝色或绿色, 颜色稳定。通常, 中子辐照钻石产生的颜色饱和度取决于中子束的能量大小、辐照的工夫和钻石的粒度。当辐照工夫肯定, 钻石的粒度一样时, 中子束能量越大, 钻石的颜色越浓。同样, 当中子束肯定, 对于同一颗钻石, 辐照工夫越长, 颜色越深。
中子辐照的长处是工夫短、效率高、改色效果好、成本低。初期的放射性, 很快就会消失。
2. 高能电子束辐照处理
高能电子束辐照处理方法也是目前常用的辐照处理钻石的方法。高能电子为带电粒子, 在通过钻石时, 主要与电子相互作用( 碰撞) 而损失能量,从而引起钻石中碳原子的激发与电离, 形成电子—空穴心。但由于电子质量小( 1/1840) , 在与碳原子中的电子碰撞时不仅会失去较多的能量且运动方向也会改变。因此,它的辐照效应不如中子, 造成的晶格缺陷也多在钻石的表层。电子辐射致色的颜色多为比较均匀的蓝绿色—蓝色。
产生高能电子束的辐射源有多种, 常见的有电子加速器、直线加速器等。不同辐射源的辐射功率是不同的, 应根据样品的需要来选择。利用高速电子辐照钻石时, 必须运用良好的冷却循环系统, 防止钻石颜色产生退火变化。这是因为在辐照过程中会产生大量的热, 可在极短工夫内使钻石局部达到很高的温度。
3. 重带电粒子辐照处理
重带电粒子主要指α粒子和质子, 它们带有不同数量的正电荷, 质量比电子大得多; 它们的穿透力不如中子, 但能量却往往大于中子束, 辐照钻石所产生的效果与中子类似, 都是绿色色调的。
重带电粒子的辐射源有两种: ①核反应堆或重放射性核素; ②粒子回旋加速器。将钻石放入回旋加速器处理, 可诱生多种颜色, 如绿色、蓝绿色及黑色。用这种方法处理的钻石, 颜色常不均匀, 表现为: ①钻石表面常形成绿色斑点; ②在辐照的方向上颜色
集中。
4. γ射线辐照处理
γ射线是放射性核素衰变过程中产生的波长极短的电磁辐射, 其特点是: 能量高( 0. 5～2 MeV) , 穿透力极强, 不会诱生放射性, 等等。用γ射线辐照钻石, 可诱生不同色度的绿色、蓝绿色, 且颜色均匀。
γ射线辐照的缺点是辐照生色的工夫缓慢,因为γ射线的粒子质量太小, 所产生的辐射效应特别弱, 只有通过延长辐照工夫来增加辐照效应。γ射线的辐射源多用60 Co, 通常把多个棒状60 Co 辐射源围绕钻石排列, 或把钻石放入管状60 Co辐射源中心, 使辐射产生的颜色尽可能地均匀。
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