Центр дистанционного образования «Эйдос».

НЕЙТРОННАЯ ОБРАБОТКА ДРАГОЦЕННЫХ И ПОЛУДРАГОЦЕННЫХ КАМНЕЙ ДЛЯ ЮВЕЛИРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

АГИНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2

 

Исследовательская работа по математике и биологии

Шиндякин Вячеслав, 8 класс, Агинская средняя общеобразовательная школа №2

Руководители: Шиндякина Татьяна Александровна, учитель  математики; Щедловская Олеся Анатольевна, учитель биологии

Web-адрес, по которому размещена работа:Mif106.narod.ru

Почему я выбрал эту тему:

Эту тему я выбрал, потому что хотел узнать, как происходит нейтронная обработка драгоценных и полудрагоценных камней для ювелирной промышленности.

Цели:

Выяснить, как обрабатывают драгоценные и  полудрагоценные камни путём нейтронного и гамма облучения, для ювелирной промышленности

Задачи:

1)Узнать суть метода обработки камней

2) Рассмотреть 5 природных камней с разными свойствами и

как они меняются при обработке

3) Выяснить какое влияние оказывают на человека облучённые камни

Идея и проблемы работы:

Работа рассказывает об обработке камней, видах и строении кристаллов, но имеется недостаток информации об обработке камней.

Содержание:

Актуальность. 3

1)Сущность радиоактивного метода обработки. 4

2)Драгоценных и полудрагоценных камни обработанные с помощью радиоактивного метода. 4

3)Свойства, и стоимость камней до и после после обработки. 5

Топаз. 5

Алмаз. 7

Корунд. 11

Циркон. 14

Берилл. 16

4)Радиоактивность облагороженных камней. 18

Заключение. 20

Актуальность

     В природе редко встречаются самоцветы, пригодные по цвету, блеску, характеру рисунка и другим свойствам для ювелирного дела. Кроме того, многие добываемые самоцветы со временем, особенно под воздействием солнечных лучей, теряют интенсивность окраски.

     В последнее время, широко развернуты работы по облагораживанию камней, что связано с появлением новых физико-химических методов, позволяющих более глубоко изучить природу окраски минералов, а также благодаря появлению аппаратуры, необходимой для этих целей. Применяются нейтронное и гамма-облучение.

     Используемые методы облагораживания позволяют получать камнесамоцветное сырье с ювелирными и спектроскопическими характеристиками,  аналогичными лучшим природным образцам. Все эти виды облагораживания  камней улучшают их ювелирно-декоративные качества и во многих случаях восполняют те процессы по преобразованию центров окраски в минералах, которые по тем или иным причинам не совершились в природных условиях.

     Затраты по облагораживанию камнесамоцветного сырья невелики, а возрастание коммерческой стоимости в результате облагораживания составляет достаточно большой процент прибыли. Необходимо иметь в виду, что при продаже продавец обязан указывать об облагораживании камня на этикетках и в сопроводительных сертификатах драгоценных и ценных камней, в связи с появлением радиоактивных свойств у камней.

1)Сущность радиоактивного метода обработки.

     Радиоактивный метод облагораживания происходит путем облучения потоками элементарных частиц высоких энергий с помощью атомных реакторов, работающих на уране или плутонии. Речь идет о радиоактивном облучении, при этом действие ?-, ?- и ?- излучения неодинаково, особенно эффективны ?- и ?- лучи.

     Радиационная обработка драгоценных камней может навсегда изменить или углубить цвет естественного драгоценного камня. Это существенно увеличивает цену камня.  Эта технология широко применяется во всем мире. В зависимости от типа камня и условий облучения получаются разные цвета. Четкие условия такой обработки мало изучены и требуют доработки. Это обычно скрытый от потребителя, но самый опасный для здоровья человека метод улучшения качеств любых камней.

http://www.jewellery.org.ua

2)Драгоценных и полудрагоценных камни обработанные с помощью радиоактивного метода.

     Радиоактивному облучению могут подвергаться различные драгоценные и полудрагоценные камни. Признаком произведенного облучения может служить необычный, слишком яркий или нехарактерный цвет минерала, но не всегда. В своей работе, я рассматриваю 5 природных камней, имеющие разные сингонии, химический состав и физические свойства.

 http://www.jewellery.org.ua

№	Драгоценные камни	№	Полудрагоценные камни
1	Алмаз	1	Берилл
2	Корунд
3	Топаз
4	Циркон

 

3)Свойства, и стоимость камней до и после после обработки. 

       Топаз

     Слово "топаз" происходит от латинского topazus, предположительно восходящему к санскритскому слову tapas — тепло или огонь. Топаз представляет собой фторосиликат алюминия.

     Месторождения. В пегматитах Урала, на Волыни (крупные дымчатые топазы), в Восточной Сибири, в россыпях по рекам Санарке и Каменке на Урале (розовые топазы). За границей: в Бразилии и на Мадагаскаре. Размер кристаллов может быть очень большим: на месторождении драгоценных камней во Владимир - волынском разрезе на Украине в 1966г. найден кристалл топаза массой 117 кг, его высота 82 см. Употребляется как драгоценный камень.

Формула	Al2[SiO4](F,OH)2
Сингония	Ромбическая сингония — одна из семи сингоний. Низшая категория. Её элементарная ячейка определяется тремя базовыми векторами  которые перпендикулярны друг к другу, но не равны между собой
Кристаллы	Кристаллы призматические, хорошо образованные, богаты гранями: ромбические призмы, дипирамиды, пинакоид.
Цвет	Бесцветный, бледно-голубой, жёлтый, желтовато-коричневый, красный
Цвет черты	Белая
Блеск	Стеклянный
Прозрачность	Прозрачный
Твёрдость	8
Спайность	Совершенная по {001}
Излом	раковистый
Плотность	3,5 — 3,6 г/см?

     Лабораторные исследования топазов спектроскопическими методами позволили понять природу их цвета, благодаря чему была разработана технология искусственного окрашивания кристаллов. Под действием ионизирующей радиации бесцветные топазы окрашиваются в коричнево-оранжевые цвета.
 Природное или искусственное излучение (поток элементарных частиц определенной энергии), проходя сквозь кристаллическую решетку топаза взаимодействует с ней. Воздействие излучения на минерал может выражаться в нагреве кристалла, разрыве отдельных химических связей, перераспределении свободных электронов между ионами решетки и примесями, образовании короткоживущих изотопов. Таким образом, облучение минерала выводит его кристаллическую структуру из энергетического равновесия и, тем самым, способствуют образованию дефектов внутри структуры и активных центров окраски.
 Для усиления окраски природных топазов обычно используются два вида излучения: электронное и нейтронное. Топазы, облученные с помощью электронной пушки, приобретают голубой цвет схожий с лучшими по цвету природными находками. По коммерческой цветовой классификации такие камни называются "Aqua Blue". При нейтронном облучении в реакторе топазы приобретают более глубокий сине-голубой цвет, иногда со слабым зеленоватым отливом. Этот цвет называется "Ice Blue". Схожие по цвету натуральные, облученные в природе, голубовато-зеленые камни называются "Саксонскими хризолитами".

Фото до обработки	Естественный цвет	Стоимость до обработки	Фото после обработки	Цвет после обработки	Стоимость после обработки
	Бесцветный, белый, светло-голубой, желтоватый,винно-желтый, розовый; характерна зональность окраски	1-2 долларов за грамм		Сине-голубой цвет, иногда со слабым зеленоватым отливом или оранжевый	60 долларов за грамм

www.catalogmineralov.ru

Алмаз

     Название «алмаз» произошло от греческого слова adamas — неодолимый, несокрушимый. Ограненные алмазы называются бриллиантами, от французского слова brilliant, что в переводе  означает «сверкающий».

     Главные зарубежные добывающее страны: ЮАР, Конго (Заир), Ботсвана, Намибия. В Российской Федерации месторождения в Якутии, на Урале. Алмаз применяется в промышленности как абразивный материал, в ювелирном деле, как драгоценный камень, но, без огранки алмаз выглядит не очень привлекательно. Поверхность добытых из земли кристаллов в большинстве случаев бывает шероховата и покрыта полупрозрачной трещиноватой серой коркой.

Формула	C
Сингония	Кубическая сингония — одна из семи сингоний. Высшая категория. Элементарная ячейка кристалла  определяется тремя векторами равной длины, перпендикулярными друг другу.
Кристаллы	Кристаллы в форме октаэдров, додекаэдров, иногда характеризуются фигурами травления, штриховкой, искривлением граней, наблюдаются неправильные, искаженные кристаллы.
Цвет	Обычно жёлтый, коричневый, серый или бесцветный. Реже встречаются голубые, зелёные, чёрные.
Цвет черты	Бесцветная
Блеск	Алмазный
Прозрачность	Прозрачный, полупрозрачный
Твёрдость	10
Спайность	Совершенная по {111}
Излом	Раковистый
Плотность	3,5 — 3,53 г/см?

     Известно, что окраска алмазов имеет решающее значение для определения их ювелирной ценности. Различные виды физико-химического и физического воздействия, включающие радиационное облучение, пропитку химическими реагентами, ныне широко применяются при облагораживании драгоценных камней. Наиболее широко применяется метод окрашивания на основе ионизирующего облучения. В результате воздействия различных видов облучения окраска алмазов меняется. При альфа-облучении или бомбардировки нейтронами, вследствие образования смешанных атомов и вакансий первоначально прозрачные бесцветные или желтые алмазы приобретают густой темно-зеленый, желтый или коричневый цвета, а окрашенные индивиды - черный цвет, при этом интенсивность окраски зависит от дозы облучения. Если такой алмаз нагревать, то цвет его изменяется, приобретая различные оттенки желтизны, но не исчезает полностью даже при высокой температуре. Оттенки голубого цвета можно вызвать воздействием быстрых электронов или гамма-облучением. Камни с естественной синей окраской можно отличить по их полупроводниковым свойствам. Цвет облученных алмазов объясняется по-видимому, "радиационным нарушением" структуры кристалла, которая лишь частично восстанавливается при нагревании. Одним из оттенков цветовой гаммы алмазов (довольно редким) является зеленовато-голубой, вызываемый гамма-облучением. Бесцветные алмазы, содержащие азот в агрегатной форме, при облучении приобретают золотистую окраску.  Изменение окраски при облучении обусловливается смещением атомов уголерода из узлов кристаллической решетки, перестройкой или образованием дефектных центров при участии точечных дефектов. При отжиге облученных алмазов при 550-600oC они светлеют, становятся светло-зелеными.

Фото до обработки	Естественный цвет	Стоимость до обработки	Фото после обработки	Цвет после обработки	Стоимость после обработки
Алмаз в материнской породе	Обычно жёлтый, коричневый, серый или бесцветный. Реже встречаются голубые, зелёные, чёрные.	100 долларов за карат		Оттенки в   зависимости от дозы облучения: темно – зеленый, желтый, коричневый, голубой.	Колеблется в зависимости от оттенков цвета , наличия включений и дефектов, величины камней, качества огранки  Обычная цена карата бриллиантов - от 400 до 1000 Долларов.

     Корунд

     Название древнеиндийского происхождения (вероятно, от санскритского «каурунтака» или тамильского «курундам» – так именовали этот минерал в Индии и на Цейлоне; возможно, от санскритского «курувинда» – рубин. Другие названия корунда: хлор-сапфир, лейкосапфир, альмандиновый сапфир, восточный алмаз, виолет, бенгальский аметист, восточный аквамарин, восточный изумруд, восточный топаз, восточный хризолит, падпараджа, падпарадшах. Красные корунды называют рубинами, синие — сапфирами.

     Наиболее крупные месторождения корунда известны в России (Урал), за рубежом - в Африке (Малагасийская Республика, Зимбабве, ЮАР), Индии, Бирме, на о. Шри-Ланка, в Греции и Турции.

     Благодаря высокой твердости корунд издавна использовался как абразивный материал. Применяются в ювелирном деле; красные корунды - рубины - в качестве опорных камней для часов и других точных приборов, а стержни - в оптических генераторах - лазерах.

Формула	Al2O3
Сингония	Тригональная сингония — одна из семи сингоний. Средняя категория. Определяется тремя базовыми векторами одинаковой длины, с равными, но не прямыми, углами между векторами.
Кристаллы	Кристаллы весьма характерны; обычно они бочонковидные, таблитчатые, столбчатые (шестигранно-призматические), короткостолбчатые, реже конусообразные бипирамидальные.
Цвет	Голубой, красный, жёлтый, коричневый, серый. Чистый корунд бесцветен. Чудные цвета, составляющие славу этого минерала, обязаны своим происхождением мельчайшим следам других минералов.
Цвет черты	Белая
Блеск	Стеклянный
Прозрачность	Непрозрачный
Твёрдость	9
Спайность	Отсутствует
Излом	Раковистый, неровный
Плотность	3,9 — 4,1 г/см?

     В настоящее время стали широко применять облагораживание корундов, для улучшения или изменения цвета, прозрачности. Для этого используют термообработку, облучение или диффузию. Облагороженные камни очень трудно идентифицировать, но иногда возможно определить по характеру распределения или исчезновению окраски (желтые сапфиры), люминесценции (синие сапфиры), появлению трещин около включений и шероховатости на гранях (оспины), четкому проявлению зональности окраски.

     Облучение делает окраску более глубокой и окрашиваться могут даже бесцветные камни. На основании этого можно прийти к выводу, что, как и в оконном стекле, в бесцветных камнях присутствуют два или более окрашивающих агента и их неодинаковая реакция на облучение обусловливает появление окраски.

 

Фото до обработки	Естественный цвет	Стоимость до обработки	Фото после обработки	Цвет после обработки	Стоимость после обработки
	Голубой, красный, жёлтый, коричневый, серый			Более глубокие цвета

 

 

http://www.dragkam.ru/kamen/granat.html

   Циркон

     Название камня циркон происходит от персидского слова zargun — золотой цвет. Другие названия минерала и его разновидностей: иакинф, якинт, сталит, гиацинт, жаргон, цейлонский жаргон 

     Обычно радиоактивен, всегда содержит примеси редких (REE) и радиоактивных (U, Th) элементов. Циркон распространен в России, Норвегии, Австралии, Бразилии, Шри-Ланке, Мадагаскаре.

     Применение циркона. Циркон является основным минералом-источником циркония и гафния. Также из него извлекают различные редкие элементы и уран, которые в нем концентрируются. Цирконовый концентрат используется при производстве огнеупоров. Высокое содержание урана в цирконе делает его удобным минералом для определения возраста зерен минерала уран-свинцовым методом датирования. Прозрачные, золотисто-желтые, красно-бурые, розовые цвета используются в ювелирных украшениях -  гиацинт.

Формула	ZrSiO4
Сингония	Тетрагональная сингония — одна из семи сингоний. Средняя категория. Два из трех базовых векторов имеют одинаковую длину, а третий отличается от них, все три вектора перпендикулярны друг к другу.
Кристаллы	Кристаллы дипирамидальные и призматические.
Цвет	Варьирует в зависимости от содержания примесей: от коричневато-желтого до коричневого, сероватый, красный, розовый; иногда бесцветен
Цвет черты	Белая
Блеск	Алмазный
Прозрачность	Прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный
Твёрдость	7,5
Спайность	Несовершенная по {100}
Излом
Плотность	4,6—4,7 г/см?

    

Фото до обработки	Естественный цвет	Стоимость до обработки	Фото после обработки	Цвет после обработки	Стоимость после обработки
Гиацинт	Прозрачный,  золотисто-желтый, красно-бурый, розовый			Более насыщенные

http://www.jewellery.org.ua/index.htm

 Берилл

     Название «берилл» пришло от латинского Iwyllus. Берилл известен во многих пегматитовых жилах, изумруд - на Урале, аквамарин - в Забайкалье. За границей: в пегматитах США , Южной Африки, Мадагаскара; крупное месторождение изумрудов находится в Колумбии , аквамарин - в пегматитах Бразилии.

     Применение: используется как руда на бериллий, который применяется для получения лёгких сплавов с магнием, алюминием и медью. Соли берилла применяются в различных отраслях промышленности. Изумруд - драгоценный камень первого класса. Аквамарин - также драгоценный камень.

Формула	Al2Be3[Si6O18]
Сингония	Гексагональная сингония — одна из семи сингоний. Её  элементарная ячейка строится на трёх базовых векторах (трансляциях), два из которых равны и образуют угол 120°, а третий им перпендикулярен. В гексагональной сингонии три элементарных ячейки образуют правильную призму на шестигранном основании.
Кристаллы	Кристаллы - шестигранные призмы.
Цвет	Белый, прозрачный густо-зеленый хромсодержащий — изумруд, голубой (зеленовато-голубой) — аквамарин золотисто-желтый — гелиодор розовый цезийсодержащий — воробьевит (морганит) очень редко встречающиеся красный — биксбит бесцветный — ростерит (гошенит) темно-синий максис-берилл.
Цвет черты	Белая
Блеск	Стеклянный
Прозрачность	Прозрачный, полупрозрачный
Твёрдость	7,5 — 8
Спайность	Несовершенная по {0001}
Излом	Раковистый, неровный
Плотность	2,6 — 2,9 г/см?

                 Под воздействием ионизирующего облучения некоторые бериллы приобретают глубокий сапфирово-синий цвет. Все разновидности берилла сохраняют цвет при искусственном освещении.

Фото до обработки	Естественный цвет	Стоимость до обработки	Фото после обработки	Цвет после обработки	Стоимость после обработки
Аквамарин	Голубой, зеленовато - голубой	1,5 - 2 доллара за грамм		Сапфирово-синий	40-50 долларов за грамм

http://www.jewellery.org.ua/index.htm

4)Радиоактивность облагороженных камней.

      Сказать что слово «радиация» пугает , значит не сказать ничего. На самом деле все, что с ней связано приводит большинство людей в ужас. И вопрос: «А не осталось ли остаточной радиации в камнях?» возникает у владельцев ювелирных изделий с такими вставками, а также продавцов ювелирных магазинов,  и всех тех, кто по роду профессии вынужден контактировать с облагороженными камнями.

     Для того чтобы любой предмет, включая ювелирный камень, после процедуры облучения нейтронами стал радиоактивным, необходимо только одно условие – захват ядрами кристаллических решеток элементов, из которых состоит камень, нейтронов с энергией, превышающей энергию возбуждения этих ядер. Тогда излишняя энергия испускается в виде гамма- и бета- излучений.    Такое может случиться с алмазом, топазом, изумрудом и прочими камнями. Для того чтобы нанести ощутимый вред человеческому организму нужно очень мощное однократное или длительное многократное облучение камня. Так под воздействием внешнего высокоэнергетического гамма излучения в кристалле образуются радиационные дефекты, дающие в итоге, усиление или смену цвета, что не выгодно для поставщиков.

     По поводу источников вторичной радиации, возникающих после облучения камней, можно сказать следующее. Гамма излучение – это фотонное излучение, которое передает свою энергию веществу. При этом в веществе происходят определенные энергетические процессы, которые за тысячные доли секунды трансформируются в фото или тепловую энергию. С прекращением воздействия гамма излучения на вещество прекращаются и эти процессы. Поэтому говорить об источнике вторичной радиации после гамма облучения не приходится. Например человек после прохождения рентгено-процедур или позагорав на пляже, не становится радиоактивным, хотя тоже подвергается облучению, как и кристалл.

Замер радиационного фона радиометром.

Был проведен эксперимент в одном из ювелирных магазинов, сотрудником кафедры «Радиационной разведки и обеспечения радиационной безопасности» Военной академии радиационной, химической и биологической защиты. Цель – установить, обладают ли облученные радиоактивным методом драгоценные и полудрагоценные камни повышенным радиоактивным фоном.

Прибор помещают  в непосредственной близости от интересующего товара и следят за показаниями датчика. Через несколько секунд электронное табло демонстрирует цифры радиационного фона: 10 микро Зивертов в час. Подобный показатель свидетельствует о естественном фоне гамма-излучения в данном помещении, соответствующем нормам радиационной безопасности.

      Не стоит забывать о том, что бывают случаи когда процесс облучения происходит полностью бесконтрольно в атомных реакторах третьих стран. При этом никто не контролирует, остаются ли радиоактивные элементы или нестабильные элементарные частицы на минерале, в каком количестве они были захвачены и находятся внутри или на поверхности облученных минеральных образцов.  не анализирует возможные ядерные реакции внутри образца в процессе его облучения, стабильность различных химических элементов после их облучения.

     Например, бесконтрольно облученный в ядерном реакторе и именно поэтому радиоактивный сердолик или агат, носимый в качестве кулона, может спровоцировать у женщины средних лет рак груди или кожи, злокачественное перерождение безобидных родинок и родимых пятен в саркому.

     При покупке больших партий импортного облагороженного товара имеет смысл провести и оплатить проверку образцов на радиоактивность в институте метрологии.

Заключение

Радиационная обработка драгоценных и полудрагоценных камней выгодна для ювелирного дела, но может нанести вред человеческому организму.  Радиационной обработке могут подвергаться любые камни с разными свойствами, сингониями, строением.   Радиационная обработка может навсегда изменить и углубить цвет камня, увеличить прозрачность. Иногда камнесамоцветное сырьё обрабатывается в ядерных реакторах совершенно бесконтрольно, и это может нанести вред здоровью человека. При покупке больших партий продукции проверьте её в институте метрологии. В ювелирном магазине при покупке изделия с камнем, обработанным радиоактивным методом продавец обязан предъявить документы, в которых должна быть указана допустимая норма облучения. В общем, радиационная обработка камней выгодна для ювелирного дела, но может нанести ощутимый вред здоровью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Смольянинов Л.А. Как определять минералы по внешним признакам. М., 1951

2.Лазаренко Е.К. "Курс минералогии". М., "Высшая школа", 1971

3.Бетехтин А.Г. "Курс минералогии", под научн. ред. Б.И. Пирогова и Б.Б. Шкурского. М., 2008

4.http://www.jewellery.org.ua

5.http://www.catalogmineralov.ru/

6.http://www.inmoment.ru/magic/healing/agate.html

7.http://www.jewellery.org.ua/index.htm

8.http://www.dragkam.ru/kamen/granat.html

9.http://chem-substance.narod.ru/fe.html

Рефлексия:

Чувствую полную удовлетворенность. Я бы хотел продолжить работу над темой, но надежды на Интернет не оправдались. Они не дали больше информации, чем было найдено в книгах, газетных статьях. В силу возраста и места проживания ограничены мои возможности воспользоваться информацией института метрологии.

Самооценка: Мне было очень интересно самому узнать о том, как обрабатывают камни, используя нейтронную обработку камней.