การเพิ่มคุณค่าโทแพซใสไม่มีสีโดยอิเล็กตรอน

การเพิ่มคุณค่าโทแพซใสไม่มีสีโดยอิเล็กตรอน

สีของโทแพซที่ได้จากการฉายรังสี

โทแพซสีต่างๆ ที่ได้จากการฉายรังสี ได้แก่
โทแพซสีน้ำเงินท้องฟ้า (Sky Blue Topaz ) ซึ่งเป็นผลมาจากการทำให้โทแพซใสไม่มีสี (colorless topaz) มีสี โดยการฉายรังสีแกมมาจากต้นกำเนิดโคบอลต์-60 (Co-60) หรือ อิเล็กตรอนจากเครื่องเร่งอนุภาค และการใช้ความร้อน

โทแพซที่ฉายอิเล็กตรอนพลังงานสูง จากเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้น (linear accelerator) ให้ผลออกมาเป็นสีน้ำเงินท้องฟ้า (Sky Blue)

โทแพซสีน้ำเงินลอนดอน (London Blue Topaz):น้ำเงินอมเทาเข้มปานกลางถึงเข้มมาก เป็นผลมาจากการฉายโทแพซใสไม่มีสี (colorless topaz) ด้วยนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู และการใช้ความร้อน

โทแพซที่ฉายด้วยนิวตรอน จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณ ูให้ผลออกมาเป็นสีน้ำเงินลอนดอน (London Blue )

โทแพซสีน้ำเงินสวิส (Swiss Blue Topaz):เข้มถึงสว่างปานกลางถึงสีน้ำเงินเข้มปานกลาง เกิดจากการผสมผสานหลายเทคนิค คือ ฉายนิวตรอนแล้วฉายรังสีแกมมา หรืออิเล็กตรอน และการใช้ความร้อน

โทแพซที่ฉายด้วยนิวตรอนและอิเล็กตรอน ให้ผลออกมาเป็นโทแพซสีน้ำเงินสวิส (Swiss Blue)

ปัจจัยการเกิดสีในโทแพซ (Coloring factors in Topaz)

สีส่วนใหญ่ในโทแพซนั้นเป็นผลมาจากศูนย์กลางสี (color center) ในโทแพซ ยกเว้นสีชมพูถึงสีม่วง (pink-to-violet) และองค์ประกอบสีชมพูของพลอยสีส้มบางชนิด ซึ่งเป็นผลเนื่องจากการมีโครเมียมเจืออยู่ (K. Nassau, 1984)

โทแพซใสไม่มีสี (colorless topaz) เกือบทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล เมื่อได้รับปริมาณรังสีต่ำๆ ( 5 ถึง 10 เมกะแรด), ส่วนโทแพซสีอื่นๆ นั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสีน้ำตาล ที่เพิ่มเข้ามา เรื่องนี้เกิดขึ้นเมื่อปี 2001 เมื่อกรมไปรษณีย์ของสหรัฐอเมริกา เริ่มทำการฉายรังสีไปรษณีย์ภัณฑ์ต่างๆ ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน เพื่อฆ่าสปอร์ของเชื้อแอนแทร็กซ์ (Anthrax spores) ซึ่งสามารถแพร่กระจายไปได้ โดยไปรษณีย์ภัณฑ์ โดยฝีมือของผู้ก่อการร้าย ผู้ค้าอัญมณีและลูกค้าที่มีความเป็นห่วงในเรื่องนี้ ตระหนักว่า การฉายอิเล็กตรอน เพื่อฆ่าเชื้อแอนแทร็กซ์ ส่งผลให้อัญมณีมีการเปลี่ยนสี จึงหันไปใช้บริการจากตัวแทนขนส่งไปรษณีย์ภัณฑ์รายอื่นๆ ที่ไม่ใช้กระบวนการฉายรังสีไปรษณีย์ภัณฑ์

สีน้ำตาลที่เกิดจากการฉายด้วยปริมาณรังสีต่ำๆ จะเข้มขึ้นตามปริมาณรังสีที่มากขึ้น ที่ปริมาณรังสีปานกลาง (500-1,000 เมกะแรด) จะเกิดสีน้ำตาลอมเขียว, ที่ปริมาณรังสีสูงมากขึ้น (1,000-5,000 เมกะแรด) เกิดสีน้ำตาลอมน้ำเงิน และที่ปริมาณรังสีสูงมากๆ (5,000-20,000 เมกะแรด) เกิดเป็นสีน้ำเงิน สีน้ำตาลเกิดจากศูนย์กลางสี (color center) 2 ชนิดที่แตกต่างกัน อย่างแรก เป็นของชนิดซีดจางลงโดยธรรมชาติ (fading nature) และอีกอย่างหนึ่ง เป็นของชนิดที่เสถียรโดยธรรมชาติ (K. Sassau, 1984) ศูนย์กลางสีน้ำตาลที่ปรากฏให้เห็น ส่วนใหญ่เป็นของชนิดซีดจางลง, และเมื่อทิ้งไว้ในแสงสว่าง หรือให้ความร้อนที่ประมาณ 200 องศาเซลเซียส ผลที่ได้สีจะซีดจางลง

รูปแบบของการฉายรังสี

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วโทแพซนิยมนำมาฉายรังสีด้วย เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู, ต้นกำเนิดโคบอลต์ 60 และเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนจากเครื่องเร่งอิเล็กตรอนพลังงานสูง นำมาใช้อย่างกว้างขวางในการเปลี่ยนสีของโทแพซให้เป็นสีน้ำเงินท้องฟ้า (Sky blue) และ สีน้ำเงินสวิส (Swiss blue)

ข้อดีของการฉายรังสีด้วยอิเล็กตรอนเมื่อเทียบกับการฉายรังสีแกมมาคือ สามารถฉายที่ปริมาณรังสีสูงๆ ได้ ซึ่งทำให้เวลาที่ใช้ในการฉายสั้นลง

การฉายด้วยนิวตรอน จะทำให้มีปริมาณรังสีตกค้างในโทแพซ และต้องทิ้งไว้ระยะเวลาหนึ่ง (ตั้งแต่ 2-3 เดือน ถึง 1 ปี) ก่อนที่จะนำไปผ่านกระบวนการอื่น ๆ เช่น การฉายอิเล็กตรอน,การใช้ความร้อน, การตัด หรือการเจียระไน

เครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้สำหรับฉายโทแพซ

เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนส่วนใหญ่ที่ใช้ในการปรับปรุงคุณภาพของโทแพซ เป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ให้พลังงานสูง10-20 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) และมีกำลังสูง 10-60 กิโลวัตต์ (kW)

กำลังของเครื่องเร่งอนุภาคเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอัตราการได้รับรังสีของโทแพซจากอิเล็กตรอน เครื่องเร่งอนุภาคขนาด 10 kW สามารถฉายรังสีโทแพซได้ 15,000 กะรัต ถึง 45,000 กะรัตต่อวัน และ เครื่องเร่งอนุภาคขนาด 60 kW สามารถฉายรังสีโทแพซได้ 100,000 กะรัตต่อวัน ถึง 300,000 กะรัตต่อวัน

พลังงานเป็นส่วนสำคัญที่จะส่งผ่านอิเล็กตรอนไปยังโทแพซ เมื่อพลังงานเพิ่มขึ้นจะทำให้การส่งผ่านอิเล็กตรอนดีขึ้น ถ้าอิเล็กตรอนไม่สามารถทะลุผ่านโทแพซ อนุภาคก็จะหยุด หรือถูกกักไว้ในโทแพซ ก่อให้เกิดสภาพการนำไฟฟ้าในโทแพซ ประจุไฟฟ้าในโทแพซ ก็จะมากขึ้น ถ้าประจุนี้มีค่ามากพอจะทำให้เกิด การปลดปล่อยกระแสไฟฟ้า ลักษณะคล้ายฟ้าแลบ ทำให้เกิดรอยแตกเป็นเส้นเล็กบางมากมาย ออกมาให้เห็นผ่านโทแพซ ในกรณีที่มีการปลดปล่อยกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีก จะทำให้มองเห็นเป็นจุดกลมสีขาวเล็กๆ

การป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับโทแพซ จำเป็นต้องเลือกพลังงานให้เหมาะสมกับปริมาณของโทแพซที่ฉาย อิเล็กตรอนจะวิ่งทะลุผ่านโทแพซออกมา หลังจากเหนี่ยวนำให้เกิดสีในโทแพซ พลังงานที่เหมาะสม ในการฉายอิเล็กตรอนให้กับโทแพซ ที่มีขนาดเล็กและขนาดกลาง คือ 10 MeV และโทแพซที่มีขนาดใหญ่ จะใช้พลังงานมากกว่า 10 MeV จนถึง 20 MeV สำหรับระดับพลังงานที่สูงกว่า 10 MeV สามารถทำให้เกิดกัมมันตภาพรังสีขึ้นในโทแพซได้ โดยที่กัมมันตภาพรังสีที่เกิด จะขึ้นอยู่กับปริมาณ และธรรมชาติของสารเจือปนในโทแพซ (K. Nassau, 1984) ระยะเวลาที่ต้องปล่อยให้สารกัมมันตรังสีสลายตัวไป จะมีค่าตั้งแต่ 2-3วัน ถึง 2-3 สัปดาห์ จนกระทั่งกัมมันตภาพรังสีอยู่ในระดับที่สามารถยอมรับได้

การเย็นตัวหลังจากการฉายรังสี (Post irradiation annealing )

หลังจากฉายด้วยอิเล็กตรอน จะมีการเปลี่ยนแปลงศูนย์กลางสี (color center) สีน้ำตาลและสีฟ้าขึ้นในโทแพซ สีน้ำตาลจะจางลง ที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส ในขณะที่สีฟ้าสีจะคงที่ จนถึงอุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส การให้ความร้อนแก่โทแพซหลายๆ ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส จะทำให้สีฟ้าในโทแพซเข้มขึ้น

กัมมันตภาพรังสีในโทแพซ

• โดยส่วนใหญ่จะใช้เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็คตรอนขนาด 10 MeV ในการฉายรังสีโทแพซ และเครื่องเร่งอนุภาคกำลัง 10 MeV นี้ ไม่ได้ทำให้เกิดสารกัมมันตรังสีในโทแพซ
• โทแพซที่ฉายด้วยเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็คตรอนขนาด 20 MeV สามารถกระตุ้นสารกัมมันตรังสีได้ ถ้าฉายเป็นวันหรือ 2-3 สัปดาห์
• โทแพซที่ฉายด้วยนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์จะให้สารกัมมันตรังสีเป็นระยะเวลานาน (ยิ่งฉายนาน ปริมาณรังสียิ่งสูง) จากเป็นเดือนจนถึงเป็นปี ด้วยเหตุผลนี้ เจ้าหน้าที่ด้านสุขภาพ จึงมีกฏที่เข้มงวด ในการวัดค่าความแรงรังสีในโทแพซ ก่อนที่จะปล่อยออกจากกระบวนการฉาย

บทสรุป

โทแพซใสไม่มีสี (colorless topaz)ที่ผ่านกระบวนการฉายรังสีข้างต้น เพื่อให้มีความสวยงามมากขึ้น และยังคงความเป็นโทแพซ ประกอบกับคุณลักษณะเฉพาะที่มีความโปร่งแสงและรอยแตกเฉพาะตัว จึงไม่เรียกโทแพซที่ผ่านกระบวนการเหล่านี้ว่าเป็นโทแพซสังเคราะห์

เอกสารอ้างอิง
Nassau, K. (1984) Gemstone Enhancement. Butterworth-Heinemann Ltd, Oxford.
Personal communication. (2003) Svendsen, E., Iotron Industries, Port Coquitlam.
Photos from AGTA’s leaflet, BLUE TOPAZ, Natural Beauty Enhanced by Technology