Màu vàng xẫm đỏ red-yellow do sắc vàng và tâm màu màu đỏ Cr3+ sinh ra…Cho đến nay chưa thấy có công trình nghiên cứu chi tiết các cấu trúc ô mạng và trạng thái lượng tử quỹ đạo phân tử,
Trang 1TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU – KIỂM ĐỊNH
ĐÁ QUÝ VÀVÀNG -
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU NHẰM TĂNG CHẤT LƯỢNG
KHOÁNG VẬT TOPAZ VIỆT NAM
7591
14/01/2010
Hà Nội, 2009
Trang 2TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU – KIỂM ĐỊNH
ĐÁ QUÝ VÀVÀNG
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU NHẰM TĂNG CHẤT LƯỢNG KHOÁNG VẬT TOPAZ VIỆTNAM
ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ THỰC HIỆN NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN Trung tâm Nghiên cứu – Kiểm định 1 TS Phạm Văn Long Chủ nhiệm
Đá quý và Vàng 2 KS Phạm Thị Hải Yến
3 KS Phạm Đức Anh
TS Phạm Văn Long
Hà Nội, 2009
Trang 31.2.2 Đặc điểm thành phần hoá học của topaz Việt Nam 9
1.2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất tới tính phóng xạ của topaz
1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màu sắc của topaz 12
1.3.1 Tương quan giữa màu sắc của topaz với thành phần hoá học 12
1.3.2 Tương quan giữa màu sắc của topaz với kiểu nguồn gốc thành tạo 13
1.4.3 Tâm màu hình thành do chiếu xạ 18
Chương 2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU KHOÁNG VẬT
2.2.1 Thiết bị thực nghiệm chiếu xạ 29
2.2.2 Quy trình xác định liều chiếu xạ 33
2.2.3 Chuẩn bị nguyên liệu 34
Trang 42.2.5 Tóm tắt các quy trình thực nghiệm của Đề tài 39
2.3 Một số sự cố thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục 42
2.3.1 Các viên nguyên liệu khác nhau có độ chuyển màu khác nhau 42
2.3.2 Hiện tượng nứt vỡ khi chiếu tia EB, làm mát kém 42
2.3.3 Hiện tượng đánh thủng điện và sinh đới màu khi chiếu tia EB năng
2.4.2 Đánh giá hoạt độ phóng xạ tàn lưu 44
Trang 5MỞ ĐẦU
Topaz là khoáng vật đá quý khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới trong các
mỏ có nguồn gốc pegmatit Màu chính của khoáng vật topaz thường là không màu, số lượng ít hơn có màu vàng nhạt, và hiếm hơn nữa là loại màu xanh lam Loại topaz thích hợp để sản xuất hàng trang sức và do đó có giá trị rất cao là các loại có màu hiếm (lam, hồng, champain, lục, ) và có giá trị cao gấp nhiều lần so với loại không màu Hiện nay >99% topaz để sản xuất hàng trang sức là topaz đã qua xử lý với các công nghệ khác nhau (chủ yếu là chiếu xạ) để cho ra các loại màu được ưa chuộng Trên thế giới việc áp dụng các công nghệ xử lý hiện đại để chuyển loại topaz từ không màu sang các màu được ưa chuộng và có giá trị cao đã được thực hiện từ lâu
và mang lại hiệu quả cũng như giá trị kinh tế rất lớn
Topaz ở Việt Nam được phát hiện ở nhiều nơi như Xuân Lẹ (Thường Xuân, Thanh Hoá), Thạch Khoán (Vĩnh Phúc), Lộc Tân (Lâm Đồng), và với triển vọng khá lớn, tuy nhiên hầu hết chúng là loại topaz không màu hầu như không có giá trị trong việc sản xuất hàng trang sức Trong khi đó nhu cầu sử dụng topa có màu để sản xuất hàng trang sức ở trong nước lại rất cao và chủ yếu được nhập từ nước ngoài Do vậy, đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý làm đổi màu nhằm tăng chất lượng của khoáng vật topa Việt Nam“ được xây dựng để đáp ứng tính cấp thiết trên
Đề tài được thành lập theo Quyết định số 6363/QĐ-BCT ngày 2 tháng 12 năm
2008 của Bộ trưởng Bộ Công Thương
Mục tiêu của Đề tài là: Xây dựng được quy trình xử lý chuyển từ topaz không màu sang topaz màu lam
Nhiệm vụ của đề tài:
- Tổng quan tiềm năng, phân bố và đặc trưng chất lượng của khoáng vật topaz Việt Nam
- Khảo sát lựa chọn vùng quặng và lấy mẫu nghiên cứu
- Nghiên cứu các đặc tính ngọc học của topaz
- Tổng quan công nghệ xử lý làm đổi màu nhằm tăng chất lượng của khoáng vật topaz
- Xây dựng quy trình xử lý làm đổi màu từ không màu sang một số màu được ưa chuộng và có giá trị cao hơn (màu lam và màu hồng)
Trang 6Trong quá trình thực hiện đề tài, các tác giả luôn nhận được sự quan tâm, chỉ đạo của Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), của Lãnh đạo Công ty Cổ phần Đá quý và Vàng Hà Nội, của các phòng ban chức năng trong Công ty, của các đơn vị và cá nhân, các nhà khoa học Nhân dịp này, tập thể tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình
Do thời gian thực hiện đề tài hạn hẹp, các điều kiện trang thiết bị và kinh phí rất hạn chế, do khả năng chuyên môn, đề tài chắc chắn vẫn còn nhiều khiếm khuyết Các tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía người đọc
Trang 7Chương 1 ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG CỦA TOPAZ VIỆT NAM
1.1 KHÁI QUÁT
Topaz là một loại đá quý thuộc học orthosilicat có công thức hoá học Al2[F
1-x(OH)x]2SiO4, tỷ số x thay đổi theo mỗi mỏ và phục thuộc vào nguồn gốc thành tạo Topaz chỉ chứa F và không chứa OH không có trong tự nhiên Ngoài ra trong thành phần topaz còn chứa nhiêu các nguyên tố tạp chất khác nhau và chúng cũng phụ thuộc vào nguồn gốc của đá
Topaz thường trong suốt, không màu, đôi khi chúng cũng có màu đỏ, hồng, vàng, xanh nhạt, trắng hoặc nâu Trong đó phổ biến nhất vẫn là topaz không màu, topaz các màu khác thường rất hiếm
Topaz Việt Nam cũng thường trong suốt và không màu được khai thác chủ yếu từ hai mỏ lớn là Thường Xuân (Thanh Hoá) và Lộc Tân (Lâm Đồng) Các nguyên tố tạp chất đã được xác định trong topaz hai mỏ Thanh Hoá và Lâm Đồng được đưa ra trong các bảng 1.1 và 1.2 chúng bao gồm các nguyên tố Na, Cu, Ga,Ge,
Trang 8không, xong việc kiểm tra bức xạ tàn dư xem có an toàn cho người sử dụng hay không thì là việc vô cùng cần thiết và bắt buộc phải làm
1.1.2 Topaz kiểu OH
Topaz OH là loại khoáng vật topaz chất lượng cao, nhất là nếu có màu đẹp sẵn
mà không cần qua xử lý màu nhân tạo, thì càng có giá trị Loại topaz OH có giá trị nhất là loại topaz sinh ra tại các mạch pegmatit thạch anh hoặc carbonat, có ở Brazil
và Afghanistan Topaz từ mỏ biến chất rửa trôi ở Brazil có nhiều màu sắc, trong đó quý nhất là loại topaz vàng mang sắc đỏ, như rượu xá lợi (cùng màu rượu sherry của
Bồ Đào Nha), được gọi là « topaz đế vương » Ngày nay những viên topaz từ mỏ này, nhưng có màu khác, cũng được xử lý thành có màu « topaz đế vương » Ví dụ loại không màu hay màu vàng nhạt, sau chiếu xạ có thể biến thành topaz vàng cát cánh vàng hoặc đỏ
1.2 ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG CỦA TOPAZ VIỆT NAM
1.2.1 Các tính chất vật lý và quang học
Topaz thuộc hệ tinh thể trực thoi với tinh thể thường gặp là dạng lăng trụ ngắn, độ cứng tương đối theo thang Mohs là 8, tính đa sắc mạnh, trong suốt, ánh thuỷ tinh Tỷ trọng và chiết suất của các loại topaz cũng có sai khác Loại F màu lam và không màu tỷ trọng là 3,56 - 3,57 ; Loại OH phấn hồng thì tỷ trọng là 3,50-3,53, loại màu vàng thì tỷ trọng 3,51 - 3,54 Chiết suất của topaz OH là cao hơn so với topaz loại F
a) Tỷ trọng: 3,55 - 3,56, khác nhau tùy loại có màu khác nhau như sau:
b) Chiết suất (R.I.) thông thường : 1,61 - 1,64, có báo cáo là 1,607 – 1,64, tùy màu:
• Không màu và màu lam: 1,61 – 1,62
• Hồng, vàng, đỏ : 1,62 – 1,63
c) Đa sắc (pleochroism): yếu đến không có, trừ trong topaz hồng Đôi khi loại màu
vàng có biểu lộ lưỡng sắc yếu từ vàng tới hồng
d) Lưỡng chiết : thấp (0,005 – 0,009); Tán sắc : thấp ( gần 0,014)
Trang 9e) Huỳnh quang dưới tia cực tím (U.V fluorescence) khá yếu; Topaz không màu và
màu lam có huỳnh quang yếu hoặc xanh nhạt Topaz hồng thì dù dưới tử ngoại sóng dài cũng phát huỳnh quang màu đặc trưng riêng, nhưng dưới tử ngoại sóng ngắn thì phát màu huỳnh quang pha trộn xanh vàng hay trắng lam
f) Vai trò vị trí ion trong ô mạng: Nhìn chung cơ chế sinh màu trong topaz khá
phức tạp, đến nay còn nhiều tranh cãi Màu lam (blue) do những “tâm màu cấu trúc” còn chưa biết rõ Màu lục (green) do các tâm màu vàng và lam phối màu lại mà thành Màu vàng (yellow) do “tâm màu tạp chất” còn chưa biết Màu vàng da cam (orange) do các tâm màu vàng và Cr3+ ở bát diện Màu hồng phấn (pink) do Cr3+ ở bát diện Màu vàng xẫm đỏ (red-yellow) do sắc vàng và tâm màu màu đỏ Cr3+ sinh ra…Cho đến nay chưa thấy có công trình nghiên cứu chi tiết các cấu trúc ô mạng và trạng thái lượng tử quỹ đạo phân tử, hoặc mức phổ trong vùng cấm của topaz
1.2.2 Đặc điểm thành phần hoá học của topaz Việt Nam
Topaz Việt Nam có cấu trúc hoá học Al2[F0,956 (OH)0,044]2 SiO4, và có thể được xếp vào loại topaz giàu chất fluor Tỉ lệ thế x trong cấu trúc Al2[F1-x(OH)x]2SiO4 được xác định trực tiếp bằng nhiễu xạ neutron bằng một tinh thể đơn Nhờ vào phân tích hoạt hoá neutron, một số nghiên cứu [2] đã xác định được thành phần các nguyên tố tạp chất trong topaz Thanh Hoá và Lâm Đồng bao gồm các nguyên tố natri, đồng, gali, germani, asen, coban và tuli (bảng 1.1 và 1.2)
Bảng 1.1: Các nguyên tố thường có mặt trong topaz Việt Nam với các
0,71 0,016
≤ 0,1 2,65
47 0,11 0,02
0,8
<0,01 0,1 2,5
48 0,085
<0,01
<0,001
0,25 0,01 0,11 4,2
145 0,06
<0,01 0,004
Trang 10Bảng 1 2: Các nguyên tố có trong topaz Việt Nam với các
đồng vị phóg xạ có chu kỳ dài [2]
Hàm lượng bằng µg/g
32 ngày 4,2 ngày 6,7 ngày
70 ngày 42,39 ngày 114,4 ngày
0,37
58 0,004
<0,03
<0,05
<0,001
<0,01 0,004
0,02
<0,005
<0,0005
<0,003 0,09
1
<0,15
4 0,01
Thành phần các nguyên tố tạp chất trong topaz Thanh Hoá và topaz Lâm Đồng
là khá tương đồng đối với các nguyên tố có chu kỳ bán rã ngắn và cả nguyên tố có chu kỳ bán rã dài Sự khác nhau duy nhất có thể quan sát được ở hai nguyên tô là sắt
và tantal và trên thực tế có thể sử dụng hàm lượng của hai nguyên tố này để phân biệt topaz ở hai mỏ trên (bảng 1.3)
Bảng 1.3 Các nguyên tố đặc trưng cho phép phân biệt topaz
của Thanh Hoá và Lâm Đồng
Nguyên tố Đồng vị Topaz Thanh Hoá
(hàm lượng µg/g)
Topaz Lâm Đồng (hàm lượng µg/g) Sắt
Tantal
Fe59
Ta182
60 0,1
4 0,009
Trang 111.2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất tới tính phóng xạ của topaz sau chiếu xạ
Tỉ lệ tính phóng xạ tương ứng trong một mẫu phụ thuộc vào bản chất của các nguyên tử có mặt trong đó Topaz có cấu trúc hoá học Al2[F1-x (OH)x]2 SiO4, với khả năng thế nguyên tử fluor bằng nhóm ôxy hoá OH bao gồm ôxy, fluor, nhôm và silic Các nguyên tố này sớm dẫn đến tính phóng xạ mạnh sau quá trình chiếu xạ (bảng 1.4) Tuy nhiên, các nguyên tố này đều có nguồn gốc từ đồng vị phóng xạ đủ ngắn, để
nó trở thành không thể phát hiện được ít nhất một tháng sau khi kết thúc quá trình chiếu xạ
Bảng 1.4 Hoạt tính hạt nhân của topaz (17 giờ trong ống H2 của lò phản ứng Osiris)
Đoạn hiệu quả
Thời kỳ chậm dần
T 1/2
Tính phóng
xạ trên 1 g nguyên tố (Bq)
Tính phóng
xạ trên 1g topaz (Bq)
11s 2.3s
2.246m 15.02h
560 µb
2.62h 2.246m 6m
ba năm đầu, tính phóng xạ của viên đá 5 cara này sẽ chỉ là vài Bq/g, và tính phóng xạ còn dư chủ yếu có nguồn gốc từ ceri và coban, tuy nhiên trong ví dụ này nó chỉ có hàm lượng vài nanogam
Trang 12Sự chiếu xạ neutron của topaz dẫn đến màu lam hoàn toàn có thể kiểm soát
được bằng liều lượng neutron nhanh Màu sắc này rất ổn định theo thời gian và các
kết quả thu được độc lập với nguồn gốc của viên đá Tuy nhiên, màu sắc này lại vô
cùng quan trọng với khả năng kinh doanh của viên đá chiếu xạ Hàm lượng các
nguyên tố cho đồng vị có chu kỳ bán rã ở mức cao hơn hàng chục ngày sẽ phải thấp
hơn µg/g và thậm chí ở mức ng/g đối với coban Các sự chiếu xạ cần phải được tiến
hành dưới bình lọc cađimi để khử các neutron nhiệt, không có ích cho quá trình
nhuộm màu và rất có hại vì các tính phóng xạ sinh ra Các viên đá này không được
phép xuất hiện trên thị trường trước nhiều năm sau khi chế tá và chỉ được phép sau
khi tiến hành quá trình kiểm tra nghiêm ngặt về tính phóng xạ còn dư của chúng
Bảng 1.5 Các hoạt tính ứng sau khi phát xạ 17 giờ trong ống H2 trong lò phản ứng
Osiris của mẫu topaz Thanh Hoá 1g (5carat)
Hoạt tính (Bq) Kết thúc phát xạ Sau khi phát xạ dưới Cađimi (Cd)
1.3 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÀU SẮC CỦA TOPAZ
1.3.1 Tương quan giữa màu sắc topaz và thành phần hoá học
Thành phần hoá học của topaz là Al2SiO4 (F,OH) Trong ngoặc là nhóm ion,
phổ biến là F2 , gọi là topaz kiểu F, thường hình thành trong các quá trình pegmatit
Trong đó ion F- có thể bị thay thế ít hay nhiều bằng ion hydroxyl OH- gọi là topaz
kiểu OH, thường được hình thành liên quan đến các quá trình nhiệt dịch
Màu của topaz có liên quan với hàm lượng F và OH Nếu hàm lượng OH quá
ít, F là chủ yếu, thì topaz hầu như là không màu, lam nhạt hoặc nâu Nếu hàm lượng
OH cao, topaz sẽ có màu vàng, vàng kim, phấn hồng, đỏ , Topaz trong nhiệt dịch
hàm lượng OH là 5 – 7%, còn trong các đai dạng mạch thì hàm lượng OH và F ở
Trang 13Trong quá trình hình thành, tinh thể đá topaz tự nhiên không thể tránh khỏi có
sự xâm nhập của nhiều loại tạp chất, nằm vào vị trí nút mạng hay vị trí giữa ô mạng tinh thể hoặc cũng có thể ở dạng bao thể Các nguyên tố tạp chất vi lượng có thể khác nhau ở những viên topaz lấy từ vùng mỏ khác nhau, và chúng khác nhau cả về chủng loại và hàm lượng, song chủ yếu gồm có : Fe, Li, Be, Ga, Ge, Ti, Mg, Mn, Nb, Ta,
Cs, Zn, và Pa,…
1.3.2 Tương quan giữa màu sắc topaz với kiểu nguồn gốc thành tạo
Vì trong quá trình địa chất thành tạo topaz cần phải có fluor, khi kết tinh giai đoạn muộn một số loại đá núi lửa thường có hơi fluor và có thể bị bẫy lại trong đá pegmatit hay các lỗ hổng trong đá núi lửa Trong pegmatit, topaz thường kết hợp với apatit, tourmalin, fluorit và beryl
Trải qua lịch sử hình thành địa chất, trong điều kiện nhiệt dịch thích hợp, F bị
OH thay thế để chiếm chỗ trong mạng tinh thể topaz Vì thế khoáng vật topaz sinh ra
ở các điều kiện địa chất khác nhau thường là không giống nhau, cho nên ngày nay ta
có các loại topaz chất lượng khác nhau tuỳ theo kiểu nguồn gốc của nó Có tài liệu cho biết đá topaz đẹp và kích thước to từng được tìm thấy trong các đá phun trào axit, đôi khi thấy được viên tinh thể nặng nhiều kilogam (Brasil, LB Nga…)
Brasil : Hầu hết đều khai thác từ đá pegmatit, có các màu sau:
• Topaz màu đế vương, có màu rượu Sherry, vàng và lam
• Hầu hết (nếu không muốn nói là tất cả) topaz lam Brasil đều đã được xử lý
để tăng màu hay đổi màu gốc
Mexico: Nguồn gốc: trong các hốc của đá phún trào núi lửa
• Hầu hết là hồng nhạt tới không màu, hoặc nâu rượu sherry
• Một số có màu đậm hơn nhưng màu thường bị phai nhạt dưới ánh mặt trời
Sri Lanka: Khai thác ở cùng một khoáng sàng cuội sỏi chứa corindon và beryl
• Hầu hết là vàng tối đến nhạt, không màu hay xanh nhạt
Hoa Kỳ:
• Topaz màu lam đẹp ở Pikes Peak, CO (pegmatit)
• Nâu nhạt tới không màu, Thomas Range, Utah (đá núi lửa)
• Lam nhạt tới không màu, Mason Co (gần Streater), TX (pegmatit)
• Cũng cả ở các pegmatit phân tán ở NH, ME, SC, CA
Các nước khác:
Trang 14Pakistan (hồng), Nigeria (không màu), LB Nga (lam, xanh nhạt, hoa hồng), Zimbabwe (lam), Đức (vàng), Úc (không màu), Miến Điện (vàng, lam, không màu)
1.4 NGUYÊN NHÂN GÂY MÀU Ở KHOÁNG VẬT TOPAZ
1.4.1 Các loại tâm màu
Lí thuyết trường tinh thể và lí thuyết vùng cấm giải thích cơ chế hình thành màu sắc không chỉ hạn chế ở sự kích thích các điện tử không tạo cặp trong ion kim loại chuyển (mà với topaz thì nhân tố quan trọng là tạp chất Cr và Ti) Trong một số tình huống nhất định, điện tử không tạo cặp sinh ra màu, cũng xuất hiện ở ion nguyên
tố không chuyển tiếp hoặc tại chỗ hỏng tinh thể thiếu/thừa điện tử mà tạo nên, gọi là
tâm màu Tâm màu thường gặp trong đá quý là « tâm điện tử » và « tâm màu lỗ
trống » Thuật ngữ tâm màu xuất phát từ mô hình lí thuyết vùng cấm (Schulman,
1962), nói đến các mức năng lượng ở gần „tâm” của vùng cấm, mà điện tử có thể nhảy lên đó từ vùng hoá trị, hoặc lỗ trống có thể chuyển xuống từ vùng dẫn Việc nghiên cứu tâm màu tương đối khó khăn, phải sử dụng đến các kĩ thuật quang phổ học, tinh thể học, và cả phổ kế cộng hưởng thuận từ (EPR) Nhưng qua nhiều năm nghiên cứu, các đặc trưng chủ yếu của tâm màu cũng đã trở nên rõ ràng
Tâm màu điện tử, đó là khi điện tử tồn tại ở vị trí chỗ hỏng vacancy tinh thể,
mà sinh ra tâm màu
Ví dụ tâm màu trong fluorit màu tím chính là thuộc loại này Tinh thể fluorit
mặt của ô lập phương, mỗi iôn Ca 2+ liên kết với 8 iôn F -
Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự hình thành Hình 1.2 : Sơ đồ minh họa sự hình thành tâm màu trong fluorit CaF2 tâm màu chỗ hụt mạng ở thạch anh
A 2 kiểu kết cấu của CaF2; A Hai dạng kết cấu thạch anh;
B Sự hình thành tâm màu điện tử B Biểu diễn quá trình hình thành tâm
màu
Trang 15Hình 1.1 A mô tả sơ đồ hai chiều của kết cấu CaF2 Trong một số tình huống, iôn F
-có thể rời bỏ vị trí bình thường của nó đến vị trí khác Trong quá trình sinh trưởng tinh thể fluorit, cũng như sau khi đã hình thành, nếu tinh thể hấp thụ bức xạ mạnh, ion F - đều có thể bị di chuyển đến một vị trí khác trong tinh thể ; Số lượng iôn Ca 2+ quá cao trong quá trình mọc lớn tinh thể fluorit, hay do hiện diện một điện trường nào đó, cũng có khả năng đẩy iôn F - ra khỏi vị trí của nó, để lại một “ vacancy ”(chỗ khuyết mạng) Để bảo toàn sự trung hòa điện, nhất thiết phải có điện tích bổ sung nào đó lấp đầy chỗ hỏng ấy, thường là điện tử từ bên ngoài, như vẽ ở Hình 1.2.B
Từ đó sinh ra tâm màu, gọi là “tâm màu điện tử” Nó không định vị cố định như ở các iôn hay nguyên tử, mà vị trí của nó phụ thuộc vào trường tinh thể xung quanh ion
có mặt Trong trường tinh thể, nó cũng giống như điện tử không tạo cặp của ion kim loại nhóm chuyển, đều có các mức trạng thái cơ bản và kích thích Khi hấp thụ photon vùng nhìn thấy, sẽ xảy ra chuyển dời giữa các trạng thái năng lượng và sinh
ra màu sắc và huỳnh quang Trong fluorit nó hấp thụ ánh sáng khả kiến, nên có màu tím
Ví dụ điển hình về tâm màu lỗ hổng vacancy là màu của thạch anh khói Thạch anh (SiO2 ) Si với 4 phối vị, sơ đồ hai chiều được vẽ trên Hình 1.2 A Khi có tạp chất Al 3+ trong thạch anh, iôn Al 3+ sẽ thay thế cho iôn Si 4+ , và vì đảm bảo trung
điện tử trong cặp ấy có thể bắn ra khỏi vị trí ban đầu và để lại một điện tử không tạo cặp Chính điện tử này sẽ có thể hấp thụ photon khả kiến mà tạo nên màu sắc – thường là màu ám khói đặc trưng Nếu chiếu xạ cường độ khá lớn, mà trong thạch
tử bị bắn khỏi thường là vacancy, cho nên người ta gọi tâm mày kiểu này là „tâm màu vacancy” Thủy tinh khói tự nhiên hầu hết đều là do tích lũy những liều phóng
xạ bé trong suốt lịch sử địa chất lâu dài mà thành Quá trình kể trên có thể mô tả bằng các phương trình phản ứng sau:
Trang 16điện tử lại tạo thành cặp, thạch anh lại trở về không màu Nếu chiếu xạ lần nữa, nó lại hiện ra màu khói hay đen
Thạch anh tím có tâm màu vacancy giống như thế, chỉ khác ở chỗ tạp chất giờ đây là sắt chứ không phải là nhôm, và được biểu diễn theo quá trình phản ứng như sau:
[FeO4] 5 - → [FeO4] 4 - + e - (3)
Khi nung nóng thạch anh này biến thành màu vàng hay xanh Màu ấy không phải là do tâm màu gây ra, mà do vị trí và hóa trị iôn kim loại chuyển (Fe) quyết định Thạch anh tím sau xử lý nhiệt, nếu được chiếu xạ thì tâm màu lại được sinh ra,
và màu tím lại được khôi phục như trước
có màu sắc Ví dụ (CO3) 2- có thể xâm nhập vào cấu trúc tinh thể beryl trong quá trình
nó hình thành, nếu hấp thụ bức xạ iôn hóa, nó có thể bị mất đi một điện tử, trở thành (CO3) - , tạo ra dải hấp thụ xanh- đỏ, khiến ngọc beryl có màu lam
1.4.2 Nguyên nhân sinh ra tâm màu trong topaz
Tâm màu là thuật ngữ chung cho các sai hỏng làm tăng hiện tượng hấp thụ ánh sáng Trong thực tế tinh thể khoáng vật không bao giờ hoàn chỉnh mà luôn chứa các dạng sai hỏng khác nhau Sai hỏng đơn giản nhất là sai hỏng điểm: hoặc các nút khuyết (vacancy, V), hoặc/và là nguyên tử xen kẽ (interstiation, I ) - các khuyết tật mạng được tạo ra trong quá trình kết tinh do sự nhiễu loạn địa phương trong khi phát triển tinh thể hoặc có thể được sinh ra bởi sự sắp xếp lại nguyên tử trong tinh thể, do tính linh động trong nguyên tử hoặc do bắn phá bằng các hạt năng lượng cao Nút trống
có thể di chuyển, trao đổi vị trí với các nguyên tử lân cận Đây là quá trình quan trọng đối với sự khuếch tán nguyên tử trong khoáng vật, đặc biệt ở nhiệt độ cao vì khi đó
độ linh động nguyên tử lớn hơn nhiều Khuyết tật gây ra tâm màu có khi chỉ là các sai hỏng cấu trúc điện tử của tinh thể, tồn tại cả trong tinh thể hoàn hảo, là « tâm điện
tử » và « tâm màu lỗ trống », không nhất thiết có mặt nút khuyết V hay xen kẽ I Nhiều tâm màu trong khoáng vật là sản phẩm của việc chiếu bức xạ năng lượng cao Bức xạ tương tác với nguyên tử trong tinh thể, tạo ra các khuyết tật trong tinh thể Hoặc là dịch chuyển nguyên tử (nếu chiếu các “hạt nặng- hạt alpha, nơtron) phá
vỡ tuần hoàn của tinh thể trong phạm vi một vài ô cơ sở của mạng; Hoặc có thể làm
Trang 17thay đổi trạng thái điện tử (bứt đi hay cho thêm điện tử vào vị trí nào đó của mạng, nếu chiếu xạ bằng bức xạ ion hoá: tia gamma, tia X, tia điện tử nhanh…)
Hình 1.3: Khuyết tật vacancy và khuyết tật xen kẽ
Trong tinh thể ion, bao gồm nhiều loại khoáng vật, trong đó có topaz, khuyết tật điểm có cấu hình điện tử là rất phức tạp, và phải luôn duy trì tính trung hòa điện Khi hai ion trái dấu mất đi từ tinh thể ion thì một vacancy đôi “cation – anion” được tạo thành (khuyết tật Schottky, Hình 1.4 a) Nếu cation dương di chuyển tới vị trí xen kẽ trong tinh thể ion thì vacancy cation sẽ xuất hiện tại vị trí nút mạng, hình thành một cặp “vacancy – xen kẽ” (khuyết tật Frenkel, Hình 1.4.a) Nếu như trong tinh thể ion
có lẫn tạp chất, các nguyên tử tạp chất này chiếm vị trí tại các nút mạng thì sẽ hình thành các khuyết tật điểm gọi là khuyết tật thay thế (Hình 1.4.b) Những dạng khuyết tật này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước ion của các nguyên tử, và nó cũng làm ảnh hưởng rất nhiều đến các tính chất cơ lý và quang học của tinh thể
(a) (b)
Hình 1.4: Các khuyết tật mạng tinh thể
Trang 181.4.3 Tâm màu hình thành do chiếu xạ
Phần lớn những thay đổi màu do chiếu xạ có liên quan tới tâm màu Đặc điểm
của tâm màu là được tạo ra bởi chiếu xạ (trừ khi áp dụng những kỹ thuật đặc biệt
khác) Bất kỳ vật liệu nào mà có thể tạo thành tâm màu đều có chứa hai loại tiền thân
“tâm màu lỗ trống” và tiền thân “tâm màu điện tử” Vai trò của chiếu xạ đơn thuần
là để chuyển dịch trạng thái điện tử, tạo thành đồng thời một tâm lỗ trống và tâm điện
tử Hầu hết các vật liệu đều có tiền thân tâm lỗ trống, nhưng nếu nó không có tiền
thân tâm điện tử, các điện tử bị di chuyển do chiếu xạ ngay lập tức trở về vị trí ban
đầu và vật liệu vẫn không thay đổi Nếu tiền thân tâm lỗ trống ban đầu là một tâm
trung hòa như A, Hình 1.5 a, sau đó tâm lỗ trống được tạo ra bằng chiếu xạ, do mất đi
một điện tử nên trở thành A+ tích điện dương Hình 1.5 b, tương tự như tiền thân tâm
điện tử trung hòa B trở thành tâm điện tử B- do thu được (bắt) một điện tử
Hình 1.5 : Thay đổi trong quá trình chiếu xạ
tạo tâm màu
a) trước khi chiếu, b) sau khi chiếu
Trong một số vật liệu tâm màu có thể
tồn tại cả ở hai dạng phai màu và không
phai màu Đó là một vấn đề khó khăn đối
với các nhà ngọc học Mặc dầu cả hai loại
trên đều mất màu khi nung nhưng chiếu xạ
phục hồi lại màu ở trạng thái của một trong hai loại hoặc cả hai Trong một số trường
hợp, khi sửa chữa đồ trang sức, tình cờ đốt quá yêu cầu, làm mất màu khỏi trạng thái
bền như với turmalin đỏ và citrin, người ta có thể phục hồi bằng cách chiếu xạ nếu
nhiệt độ đốt chưa quá giá trị tới hạn, tại đó xảy ra sự phá hỏng tâm không thuận
nghịch Chiếu xạ tạo cả tâm màu phai cũng như tâm màu bền, chỉ các tâm màu phai
là bị mất màu khi phơi sáng Nếu tâm màu là tâm điện tử, thì điều đó có nghĩa là có
hai loại tâm điện tử, một là sâu và bền, trong khi loại kia thì nông và không bền Nếu
Trang 19số trường hợp hiện tượng biến đổi màu xảy ra do chiếu xạ mà không liên quan đến tâm màu Ví dụ thạch anh màu hồng tạo bởi Ti3+, nung nóng đến 200oC – 300oC thì xảy ra biến đổi: Ti3+ → Ti4+ + e-, dẫn tới sự mất màu, màu này có thể khôi phục bằng cách chiếu xạ
Tác dụng ủ nhiệt đối với tâm màu là rất mạnh Topaz sau chiếu xạ liều bão hoà thường hình thành rất nhiều loại tâm màu, khiến viên đá có màu hỗn hợp của nhiều màu và thường không đạt yêu cầu thương mại Người ta thường phải đem topaz ấy đi nung (xử lý nhiệt) nhằm khử bỏ đi những tâm màu không bền vững, những tâm màu
« xấu » (gây màu nâu-đen, xám tro…), nhưng phải lưu giữ lại càng nhiều càng tốt các tâm màu « đẹp » và « bền », như màu lam thuần khiết (« Swiss blue »)
Sự phá hủy tâm màu bởi nhiệt có thể dẫn đến kết quả là sự phai màu hoặc nhạt màu như ở topaz nâu, topaz màu xanh lam, saphir chiếu xạ có màu vàng, tuamalin đỏ hay thạch anh khói… Một ví dụ khác cho thấy sự thay đổi màu, khi đổi màu topaz nâu người ta phát hiện thấy sự có mặt của Cr, là nguồn gốc tạo màu hồng của topaz
mà trước đó bị che lấp Những thay đổi màu này thường có tác dụng ngược chiều so với xử lý chiếu xạ
1.4.4 Tâm màu và độ bền của chúng
Trong topaz (tinh thể ion) có vùng cấm năng lượng khá rộng, cỡ khoảng
≈ 5eV Khi photon tới, điện tử nhận được năng lượng (hấp thụ ánh sáng) có khả năng hấp thụ chuyển dời lên vùng dẫn, năng lượng hấp thụ tương đương năng lượng vùng cấm Điện tử hấp thụ năng lượng photon nhảy lên trạng thái kích thích (tâm bắt điện tử) và chuyển dời (kiểu huỳnh quang) về trạng thái cũ phát ra ánh sáng có màu tương ứng Trong vùng ánh sáng khả kiến từ đỏ đến tím năng lượng chuyển mức điện tử tương ứng từ 1,77-3,10eV; Vùng cấm trong topaz (5eV) vượt ra ngoài vùng cực tím (nếu chuyển dời có năng lượng lớn hơn 3,1eV là đã ra khỏi vùng tím, sang tử ngoại; nhỏ hơn 1,77eV là ra khỏi vùng đỏ, sang hồng ngoại) Do đó để topaz có màu khả kiến thì trong vùng cấm của nó phải có các mức bẫy, là các mức trạng thái mà điện tử
có thể nhảy lên đó, kí hiệu là mức E: 1,7eV<E<3,1eV thì mới có thể hấp thụ màu khả kiến Để ta thấy được màu topaz là màu lam (λ= 500-450 nm E= 2,48 – 2,75 eV, thì
nó phải hấp thụ dải phổ màu vàng (nằm trong khoảng λ= 580-550 nm E= 2,25eV) , màu bù của màu lam
Người ta xác định được thời gian sống T* (phản ánh “độ bền” của xác suất chiếm đầy) của các mức năng lượng này phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và khoảng cách năng lượng như sau:
Trang 20* 2
kT
E e kT
= α
β
Mức có năng lượng E lớn nhất nằm ở giữa “tâm” vùng cấm thì có xác suất ngang nhau cho điện tử ở trên vùng dẫn chuyển xuống và lỗ trống ở gần vùng hóa trị chuyển lên Khi có sự chuyển mức năng lượng thì sẽ hấp thụ hoặc phát ra các photon mang màu tương ứng Do đó đặc trưng các trạng thái giữa vùng cấm là các bẫy bền gọi là các “tâm màu” Tâm có nhiều loại là tâm bắt điện tử hoặc lỗ trống, có loại tâm
có màu và tâm không màu…
Trong quá trình chiếu xạ sẽ tạo ra các chỗ hỏng và các quá trình dịch chuyển Thành phần rất linh hoạt chuyển động khắp tinh thể chính là điện tử và lỗ trống Khi dừng tác dụng nguồn chiếu thì sự phân bố lại trở về trạng thái cân bằng như cũ Trước hết khi chiếu ion hóa sinh ra điện tử linh động, trong tinh thể không kim loại thì lỗ trống có thời gian sống ngắn hơn bị bẫy ở các chỗ hỏng mạng và gọi là các bẫy
lỗ trống Các điện tử thường có thời gian sống dài hơn và một phần của chúng được sinh ra trong mỗi sự cố ion hóa có thể bị bẫy đi bẫy lại nhiều lần bởi các chỗ hỏng hoạt động như các bẫy điện tử bền nhiệt, phần còn lại bị tái hợp với lỗ trống, điều này diễn ra ở những cái gọi là tâm tái hợp: nó bẫy lỗ trống và sau đó lỗ trống này lại bẫy các điện tử tự do, và tái hợp Điện tử và lỗ trống trung hòa với nhau, không còn điện tích tự do trong tinh thể nữa và các chỗ hỏng hoạt động như một tâm tái hợp này lại sẵn sàng bắt đầu quá trình tái hợp tiếp theo, chúng hoạt động thường xuyên và đóng vai trò quan trọng trong các quá trình điện tử, cũng là quá trình chi phối màu sắc của khoáng vật
Trang 21Chương 2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU KHOÁNG VẬT TOPAZ
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU TOPAZ
Nhiệt độ nung tuỳ thuộc chủng loại nguồn gốc topaz mà có khác biệt nhau, thường là trong khoảng 180 – 300oC Topaz chiếu xạ có màu sắc khác nhau, hiệu quả
xử lý nhiệt cũng khác nhau: Loại chiếu xạ thành các màu lam xám, xanh-lam, nâu nhạt… trải qua xử lý nhiệt màu thường sáng đẹp; Loại chiếu ra màu nâu hoặc tối, thì sau nung cũng thường tối màu
2.1.1.2 Thiết bị và thực nghiệm xử lý nhiệt
Trong thực nghiệm xử lý nhiệt topaz của chúng tôi thiết bị là lò nung điện trở thông dụng (giới hạn nhiệt độ là 900-1100oC) Các hộp nung sử dụng nhiều chất liệu
và hình dạng, thích hợp cho việc nung nhiều mẻ nhỏ, to khác nhau, thông số xử lý nhiệt (tốc độ tăng, giảm nhiệt độ, nhiệt độ cực đại và thời gian duy trì ở đó), có hay không có sử dụng chất bột nung (bột cách nhiệt samos, oxyt nhôm, cát…)
Quy trình nung khử tâm màu của topaz sau chiếu xạ cơ bản chỉ có một đoạn thẳng ở các mức nhiệt độ cực đại là 200 – 500oC, duy trì từ 30 phút đến 20 giờ Tốc
độ tăng và giảm nhiệt độ nói chung là càng chậm càng tốt, nằm trong khoảng 0,1oC/phút đến 7oC/phút
Trang 22Hình 2.1.Lò nung KSW – 8D – 13
Hình 2.2 Thao tác xử lý nhiệt topaz trên lò nung KSW – 8D – 13
2.1.2 Phương pháp xử lý khuyếch tán màu
Với công nghệ này, viên topaz được nung ở nhiệt độ rất cao, gần tới điểm nóng chảy Khi đó từ một chất bôi sẵn trên bề mặt, các nguyên tử tạo màu như titan, crom, hay cobalt có thể khuếch tán nhiệt vào bên trong viên đá Một lớp mỏng bề mặt giàu chất sinh màu được tạo ra sau khuếch tán sẽ hấp thụ chọn lọc ánh sáng và làm viên đá có màu đậm hơn hay có thêm màu mới
Gần đây xuất hiện loại topaz khuếch tán mặt có màu sáng, xanh và đỏ, có thể
cả hai màu
Trang 23Hình 2.3 Minh hoạ màu sản phẩm topaz xử lý khuyếch tán màu
2.1.3 Phương pháp chiếu xạ
Topaz không màu thường rất nhiều và rẻ, song không phải tất cả chúng đều có thể chiếu xạ thành công Trong quy tình chiếu xạ topaz, nhà xử lý thường đem topaz không màu quét đại lược bằng tia gamma hoặc tia X, để chọn ra đá nào đáng chiếu xạ tiếp tục, trước khi đem chúng xử lý thêm bằng các kĩ thuật khác để cho ra màu sắc ưng ý
Những viên đá được chọn sẽ được đưa vào bắn tia điện tử trên máy gia tốc thẳng, hoặc bắn tia nơtron của lò hạt nhân Tùy vào thời gian và kiểu tia chiếu, người
ta dùng tiếp phép nung, cho ra các đá topaz màu lam da trời (sky) hay lam Thụy Sĩ (Swiss blue), lam London (London blue) Lam London là loại có màu được ưa chuộng nhất và đắt nhất vì phải chiếu bằng tia nơtron, rồi phải lưu giữ thời gian dài trước khi đến tay người sử dụng
Trang 24Hình 2.4: Các loại màu topaz được chiếu xạ kết hợp xử lý nhiệt
2.1.3.1 Các loại bức xạ ion hoá và đổi màu topaz
a) Sơ lược về các loại tia bức xạ thường dùng
Mọi nguồn tia ion hoá đều có thể dùng để chiếu xạ topaz Ngày nay người ta thường dùng nguồn Co-60, máy gia tốc điện tử và lò phản ứng hạt nhân, mỗi loại đều
có ưu, nhược điểm của mình
Theo nghĩa rộng, bức xạ gồm hai kiểu: một là chiếu tia X từ nguồn điện và tia gamma từ đồng vị phóng xạ, đều là sóng điện từ; và hai là các hạt Thường các tia
bức xạ được chia ra 3 loại chính:
* Tia do các hạt tích điện
Ví dụ tia beta - các điện tử và tia anpha – hạt nhân helium Việc tạo ra các điện tử năng lượng cao có hai phương pháp chủ yếu, một là từ máy gia tốc (có rất nhiều loại, có thể đạt 300 MeV) Cách thứ hai là dùng nguồn đồng vị phóng xạ, phần nhiều là năng lượng dưới 2 MeV, có tác dụng hạn chế tới lớp mỏng vật liệu, ít phù hợp cho chiếu xạ topaz Hạt α là hạt có điện tích, sinh ra từ phản ứng phân rã phóng
xạ - α, quãng đường xuyên rất ngắn, nguồn chủ yếu sử dụng là từ máy gia tốc
* Các tia sóng điện từ - bức xạ tia X và tia γ
Tia γ là sóng điện từ mà hạt nhân nguyên tử phóng xạ ra để thoát biến từ
Trang 25năm Ngoài ra đồng vị Ce -137 cũng dùng làm nguồn tia γ Còn tia X (năng lượng
nhiều MeV) thì phát ra khi điện tử gia tốc (tới nhiều MeV) bị ”hãm” đột ngột khi đập vào một bia kim loại nặng (Talium)
* Tia nơtron (trung hòa)
Không kể các nơtron sinh ra trong lò phản ứng hạt nhân, thì nguồn nơtron thường dùng là lấy từ nguồn nơtron hoặc máy phát nơtron Ví dụ chất radium (Ra) phóng xạ tia α được trộn với bột berylium (Be), gọi là nguồn Ra/Be, là loại nguồn
lượng tập trung lớn nhất ở lân cận 4 MeV Phổ biến nhất là nguồn nơtron sinh ra trong quá trình phân hạch ở lò phản ứng hạt nhân Gần đây người ta phát triển công nghệ chiếu xạ bằng nơtron nhanh, sinh ra trong lò phản ứng hạt nhân đặc biệt (lò nơtron nhanh) hoặc sinh ra từ máy phát nơtron, cho phép loại bỏ các nơtron chậm và các cộng hưởng, vốn là nguyên nhân gây phản ứng hạt nhân, dẫn đến hoạt độ phóng
xạ tàn lưu của đối tượng chiếu xạ
b) Tác dụng bức xạ ion hoá đối với topaz
Phương pháp chiếu bức xạ ion hóa, bao gồm cả chiếu xạ và phối hợp với xử lý nhiệt, là thích hợp với những khoáng vật nào mà có màu sắc do tâm màu Tựu chung
là thông qua chiếu xạ hoặc xử lý nhiệt làm sinh ra hay tiêu trừ đi các sai hỏng cấu
trúc, điện tử, lỗ trống của tinh thể, nghĩa là tác động đến các tâm màu nhất định trong
nó, khiến nó hiện ra các màu sắc mong muốn Ví dụ thông qua chiếu xạ có thể làm cho topaz không màu biến thành có màu nâu đậm Mầu nâu ấy là do nhiều loại tâm màu, bền và không bền Nhưng sau khi xử lý nhiệt thì có thể khử đi những tâm không bền và ”xấu”, giữ lại những tâm màu bền và ”đẹp”, khiến topaz không màu biến thành màu lam rất đẹp và bền vững
2.1.3.2 Loại tia, năng lượng và liều bức xạ dùng trong chiếu xạ đổi màu topaz a) Chiếu xạ đổi màu topaz bằng tia gamma, tia X
Chiếu tia gamma (Co-60) hoặc tia X (5 MeV) từ máy LINAC-5 MeV đều sẽ sinh ra cả hai tâm màu vàng và tâm màu xanh lam trong topaz, khiến nó thành màu nâu hay xanh nâu Nung tiếp sau đó sẽ hủy các tâm màu vàng kém bền mà không ảnh hưởng gì tới tâm màu lam Màu lam nhạt tạo ra bằng chiếu tia gamma vốn có tên thương mại là “lam cobalt” Các viên đá màu lam đậm hơn do xử lý tia gamma thì thường kéo theo ánh thép (lam thép) Ngày nay chiếu tia gamma chỉ là công đọan
Trang 26“tiền xử lý” hay “rà sóat” để chọn những viên có độ nhậy cao với chiếu xạ năng lượng cao hơn, những viên đá ấy sẽ có tông màu hơi xanh lam qua chiếu xạ sơ bộ
Nguồn Co-60 sinh tia gamma, hay tia X bức xạ hãm đều là tia không mang điện, khả năng xuyên sâu cao, chiếu xạ liều đồng đều Topaz kiểu F qua chiếu tia gamma biến thành màu nâu đen, nâu nhạt hay đậm khác nhau ở các liều 109 – 1010rad, sau xử lý nhiệt có thể thành topaz lam nhạt Loại này phóng xạ tàn lưu thấp
nhưng màu khá nhạt, triển vọng sử dụng không nhiều
b) Chiếu xạ đổi màu topaz bằng tia điện tử EB
Điện tử năng lượng cao do máy gia tốc sinh ra, có năng lượng cao hơn năng lượng tia gamma nhiều, thời gian chiếu ngắn, phóng xạ tàn lưu thấp, sinh màu rõ rệt,
độ đậm nhạt màu tương đương như màu lam của aquamarin Máy gia tốc là thiết bị thường dùng để chiếu xạ topaz, nhưng do là thiết bị cồng kềnh, đắt tiền, cho nên sử
dụng rất hạn chế
Việc dùng EB năng lượng cao hơn 15 MeV để chiếu topaz sẽ sản sinh ra một
số chất phóng xạ thời gian sống ngắn trong nó, và vật liệu sẽ trở về mức phóng xạ cho phép sau khi được lưu giữ hai hay ba tuần lễ Chính các tạp chất có mặt trong topaz là thứ bị kích họat (gây ra phóng xạ) Ví dụ có thể xảy ra các phản ứng hạt nhân kiểu như sau:
Topaz là loại đá quý có màu tự sắc, trong đó màu được sinh ra từ các chỗ hỏng tinh thể hơn là từ một nguyên tố hóa học nào có sẵn trong nó Chiếu xạ topaz bằng
EB nhanh sẽ tạo nên các tâm màu bằng cách gây ra sự thiếu hụt (hay dư thừa) điện tử bên trong cấu trúc tinh thể này Chỗ thiếu/dư điện tử có thể tương tác với trường điện
từ của ánh sáng đi qua topaz, và sẽ hấp thụ ưu tiên một vài tần số
Vì quá trình này bắt gặp chủ yếu ở vùng nhìn thấy hay tử ngoại của phổ, cho nên sẽ hiện ra các sắc thái khác nhau của màu lam theo cảm thụ của mắt người Liều tia EB cần thiết để thay đổi đáng kể màu của topaz là rất lớn Khoảng liều điển hình thường là 8000-9000 Mega-rads (MRADs) (tính ra đơn vị Gray (1 Gy= 100 rads) thì
là 80-90 MGy= 80.000 – 90.000 kGy liều hấp thụ)
Với kích cỡ một mẻ topaz điển hình cho LINAC-10 MeV là 10.000 carats (tức 2 kg), liều hấp thụ như thế có thể đạt được sau nhiều ngày chiếu liên tục Đá cần
được làm nguội bằng nước suốt thời gian chiếu, bởi vì “nhiệt nội tại” hấp thụ vào