第壹作者簡介:高秀清，中保協第三屆人工制品專業委員會副理事長，原中國原子能科學研究院高級工程師。
壹.導言
隨著科技的發展和社會財富的積累，人們對珠寶的需求越來越大。然而，天然礦產資源是有限的。由於長期大量開采，天然寶石資源日益減少，色澤、質地、光澤好的高檔寶石更是稀缺。為了滿足市場需求，人們對提高寶石質量進行了研究。各種顏色差、透明度差的缺陷寶石經過各種優化處理工藝的人工處理，使其顏色、透明度、清潔度等外觀特征得到了改善，天然寶石的潛在美得到了充分展示，從而提高了其審美價值和商業價值。同時充分利用了寶石的自然資源。
隨著世界寶石優化技術的迅速發展，許多國家和部門都成立了專門的研究機構，並擁有壹批專家和先進的技術設備，專門從事天然寶石的研究和商業化生產。而我們國家在這方面還需要加強。
二、寶石優化加工技術的分類
寶石優化處理技術的應用取決於寶石的特性和我們想要達到的目標。例如，顏色的改善可以通過熱處理或者通過輻射和熱處理相結合的多工藝來實現。寶石優化加工技術大致可以分為五大類。
1.熱處理技術
熱處理技術是最早、最古老、應用最廣泛的技術。熱處理工藝需要多種工藝條件，如①從低到高不同溫度範圍的選擇，從150 ~ 2000℃；(2)升溫和降溫速率、溫度梯度、最高溫度和恒溫時間的選擇；(3)爐內氣氛、氧化或還原氣氛或惰性氣體保護等。④真空、真空控制等。市面上賣的紅寶石、藍寶石、海藍寶石、藍色坦桑石都是經過熱處理的；⑤通風加壓。
2.輻射熱處理技術
輻照是使高能粒子進入寶石晶體，通過能量交換，在晶體中產生大量晶格缺陷和錯位原子缺陷，形成色心。色心的能量有高有低，形成不同顏色的混合，使顏色難看。而低能色心是不穩定的，所以熱處理可以破壞低能色心，即去除雜色，固色美觀。這就是輻照著色和熱處理固色技術。這種方法並不改變寶石本身的物理化學性質，只是使顏色在外觀上變得明亮，在壹定程度上提高了透明度。按照我國國家標準，這種方法屬於優化處理中的“處理”範疇。
目前國際市場上很多天然寶石都是經過人工加工的，得到了業界的認可和消費者的歡迎。
為了充分利用天然寶石資源，提高寶石的價值，我們開展了寶石優化處理技術的研究，主要是熱處理和輻照處理來優化寶石晶體。不同種類的寶石和不同目標的實現應采用不同的工藝條件。黃玉、水晶、金綠寶石、鉆石、碧璽等用這種技術處理效果最好。輻照技術和主要設備將在後面詳細介紹。
3.化學處理技術
通過化學反應、化學擴散和化學沈澱的方法，使著色元素滲入晶體，或使著色劑沈澱在裂紋或孔隙中，從而改善其外觀顏色。
4.高溫高壓金剛石漂白技術
淺棕色鉆石經過高溫高壓的特殊設備處理成白色，部分可以達到D色美人鉆。
5.金剛石高溫高壓變色技術
淺棕色鉆石加工成黃色、黃綠色、藍綠色、藍色、粉色等鮮艷顏色的彩鉆。
三、人工輻照變色方法及主要設備
寶石輻照的輻射源有很多種，可分為:① γ射線輻照，主要使用60Co輻射源；②加速器，如直線加速器、回旋加速器等，主要用於高能帶電粒子輻照；(3)快中子輻照，利用核反應堆的專用輻照裝置進行輻照處理。
1)γ射線照射:寶石經過處理後，著色力較弱，鉆石無法著色。對於黃玉處理，只能達到天藍色，它的優點是不會誘發放射性。
2)高能帶電粒子輻照:寶石用加速器產生的高能帶電粒子(如高能電子、質子)進行優化。壹般來說，帶電粒子的能量越高，變色效果越好；如果能量能達到20MeV以上，作為輻射源更好，優點是殘留放射性低。然而，由於束窄，照射時間長，照射成本高。比如黃玉，經過高能電子照射後壹般是淺藍色的。
3)快中子輻照:當反應堆產生的快中子輻照寶石時，由於其能量高、穿透力強，快中子(E≥1MeV)可造成晶格損傷，產生大量點缺陷，出現空位和錯位原子，形成新的色心，改變顏色，因此改良效果理想。而反應堆中的熱中子同時轟擊寶石晶體，寶石中的微量雜質元素會產生(n，γ)核反應，被“激活”生成不同半衰期的人工放射性核素。用反應堆中子輻照處理寶石時，改善效果較好，但熱中子也誘發了壹定量的殘余放射性。為了減少寶石中雜質元素的活化，應采用特殊的熱中子屏蔽裝置，盡可能降低寶石晶體輻照後的放射性。該方法已成功研究並應用於黃玉的輻照改性，其變色效果非常理想。
四、輻照後的熱處理
以黃玉的輻照處理為例:黃玉晶體輻照後的顏色並不單壹，可以觀察到多種顏色，如灰藍色、藍綠色、淺褐色、深褐色、淺褐色、深褐色等，偶爾也有紫紅色和橙色。熱處理的目的是消除雜色，使所需顏色充分顯現，並使其顏色穩定，這就是所謂的“固色”處理。
黃玉在輻照和熱處理過程中的顏色變化如圖1所示。
圖1黃玉經過輻照和熱處理後的顏色變化。
熱處理的溫度和保溫時間很重要，熱處理條件合適。處理後的水晶呈現絢麗的色彩，迷人的光澤，晶瑩剔透，引人入勝。熱處理條件不合適，藍色含深灰，致密無光澤。
本工作采用綜合處理技術，處理後的黃玉、水晶、綠柱石等。都有明顯改善，特別是經過黃玉處理後，色彩鮮艷，雕刻後折射效果好，有“天藍”、“瑞士藍”、“倫敦藍”等多種顏色(表1)。
表1輻照處理寶石的顏色效果
5.中子輻照寶石的放射性
1.放射源
寶石受到中子照射時，會因熱中子的核反應活化而產生放射性，且持續時間較長，隨著時間的延長，活動強度逐漸降低。
例如，黃玉基本上是鋁和矽的氧化物，此外，它還含有微量雜質元素。中子活化分析表明，大多數黃玉含有鉭、鉻、鐵、錳、銫、鈷等元素。中子輻照後，這些元素被“激活”成具有人工放射性的核素。這些人工放射性發出的7射線和β射線能量不同，半衰期也不壹樣，從100多天到只有幾分鐘。
對於半衰期的核素，如28Al、31Si、18O等。，它們能在壹周內衰變，組成黃玉的基質元素都生成上述半衰期短的人工放射性核素，所以對人影響不大。黃玉中所含的微量雜質元素在活化後不僅有高能7射線，而且半衰期長，所以放射性主要來自黃玉中的雜質元素。
2.放射性的強度和持續時間
中子輻照後，寶石在壹定時間內具有放射性，其活動強度隨時間有規律地衰減，最終衰減到壹個豁免值。
產生放射性的強度和持續時間由輻照處理方法、寶石材料的基質元素和雜質元素的類型和濃度決定。雜質的種類和含量因產地和成礦條件而異，差異很大。因此，應選擇具有合適的基體元素和雜質元素核特征的寶石原料進行輻照變色。只有這樣，被輻照的物質才不會含有長壽命的核素。
六、放射性測量儀器
輻照寶石的殘余活性必須用儀器進行監測、分類和篩選，並嚴格管理，確保安全。
核探測器有很多種，功能不同，可以用Nal晶體探測器。Ge(Li)探測器(高靈敏度、高分辨率)，可與計算機結合，快速給出各種核素的比活度數據。此外，α、β和γ表面汙染儀器可用於現場測量和分級篩選。這個儀器不能給出絕對強度，只能顯示相對強度，適合粗測篩選。在我們的工作中，采用儀器篩選分級和儀器測量相結合的方法，對每壹批物料進行跟蹤檢測，直至合格。
七。免稅價值
目前國際上對輻照寶石的剩余放射性豁免值沒有統壹的規定，我國也沒有相應的標準。根據上述情況，我們以國際原子能委員會規定的《放射性物質安全運輸規則》中的有關規定和中國國家技術監督局發布的《放射源豁免管理基本標準及做法》文件中的有關規定為基礎，采用74Bq/g(2nCi/g)作為放射性物質豁免的比活度限值。低於74Bq/g的固體可作為非放射性物質管理。
免檢值是權衡各種因素制定的管理規定。不超過豁免值的物質不會對人體造成傷害，因為這個值遠低於10-6 ~ 10-7ci/g的危險度，而且輻照寶石的殘余活度隨著時間的延長逐漸降低。只要長期放置，按其規律處理，不會對運輸、加工、佩戴者造成傷害。