Zračenje i žarenje
Zračenje dijamanta ne stvara novi kristal i ne mijenja njegovo podrijetlo materijala. Prirodni dijamant koji je naknadno ozračen ostaje prirodni dijamant s tretiranom bojom. Isto vrijedi za sintetički dijamant (synthetic, laboratory-grown): ozračivanje nakon rasta ne mijenja HPHT ili CVD podrijetlo kristala, nego njegovu naknadnu povijest.
Gemološki problem nije zato pitanje „je li kamen bio izložen zračenju”, nego mnogo preciznije pitanje:
je li opažena boja nastala prirodnim geološkim procesima ili namjernom ljudskom intervencijom?
Vakancije: prazna mjesta koja mogu promijeniti boju
Visokoenergetsko zračenje može izbaciti atom ugljika iz njegova mjesta u kristalnoj rešetki i stvoriti vakanciju. Jedan od najpoznatijih optičkih potpisa takve neutralne vakancije jest GR1 centar, povezan sa zero-phonon linijom oko 741 nm i pripadajućom širokom apsorpcijom.
Takav centar može snažno utjecati na opaženu boju, osobito u zelenom do plavozelenom području.
Ali GR1 nije „etiketa tretmana”. Vakancije mogu nastati i prirodnim geološkim zračenjem tijekom dugoga boravka dijamanta u stijeni ili sedimentu. Zato vrijedi temeljno pravilo:
radijacijski defekt nije isto što i dokaz umjetnog zračenja.
Nije svako zračenje isto
U dokumentiranim procesima tretmana koriste se različiti izvori ionizirajućega zračenja, među ostalim elektroni, neutroni i gama-zračenje. Ti načini ne moraju dati jednaku prostornu raspodjelu defekata ni jednaku dubinu modifikacije.
Za gemologa je važnije razumjeti posljedicu nego rekonstruirati industrijski recept. Relevantni mogu biti:
- koncentracija i raspodjela vakancija;
- zoniranje boje;
- odnos površinskih i volumnih obilježja;
- kasnija toplinska obrada;
- početni atomski tip i postojeći defekti.
Iz same završne boje zato se ne može pouzdano zaključiti kojim je izvorom zračenja kamen tretiran.
Početni dijamant određuje što tretman može napraviti
Zračenje ne djeluje na „prazan” kristal. Ono djeluje na dijamant koji već ima vlastitu populaciju dušika, bora, vakancija, dislokacija i drugih defekata.
Dva kamena izložena sličnom tretmanu (treatment) mogu zato završiti s različitim bojama. Jednako tako, dva dijamanta slične završne boje mogu imati različitu prethodnu povijest.
To je razlog zašto jednadžbe tipa:
metoda tretmana = jedna točno određena boja
nisu profesionalno održive.
Zračenje i žarenje nisu ista stvar
Irradiation može biti završni tretman, ali često slijedi žarenje (annealing). Zagrijavanje omogućuje veću pokretljivost određenih defekata i može promijeniti njihov međusobni odnos.
Vakancije koje su prije bile relativno izolirane mogu pri odgovarajućim uvjetima reagirati s dušikovim strukturama i pridonijeti nastanku ili promjeni centara poput:
- H3;
- H4;
- NV;
- drugih sustava povezanih s vakancijama i dušikom.
To ne znači da je svaki H3, H4 ili NV signal dokaz tretmana. Ti se centri pojavljuju u više prirodnih, sintetičkih i tretiranih konteksta. Njihov smisao postoji tek u kombinaciji s drugim podacima.
Žarenje može stvoriti i izbrisati trag
Treatment history nije uvijek jednostavan niz obilježja koja se samo zbrajaju.
Kasnije žarenje može:
- smanjiti koncentraciju nekoga ranijeg centra;
- omogućiti nastanak novoga centra;
- promijeniti optički doprinos postojećega defekta;
- učiniti završni spektar složenijim od početnoga.
Zato konačno stanje kamena nije nužno izravna kronološka fotografija svih prethodnih koraka.
Ova će logika biti posebno važna u poglavlju 63 o kombiniranim tretmanima.
Prirodno zračenje i zelena boja
Prirodni dijamanti mogu biti izloženi radioaktivnim mineralima i njihovim produktima tijekom geološke povijesti. Takva izloženost može stvoriti karakterističnu površinsku ili lokaliziranu zelenu boju i radijacijske mrlje.
Kod neobrađenog dijamanta (rough) se dio toga zapisa može nalaziti vrlo blizu površine. Brušenjem se površinski sloj može djelomično ili potpuno ukloniti, pa brušeni kamen više ne mora čuvati cijelu izvornu geološku sliku.
To je jedan od razloga zašto je određivanje prirodnoga podrijetla zelene boje među zahtjevnijim zadacima gemološkoga laboratorija.
Zoniranje je trag, ne presuda
Prostorna raspodjela boje može biti iznimno informativna. Gemolog može tražiti:
- koncentraciju uz površinu;
- raspodjelu povezanu s fasetama;
- lokalne zone;
- neobične granice boje;
- odnos boje prema strukturama rasta ili deformacijskim strukturama.
Međutim, pojedini uzorak zonarne raspodjele (zoning pattern) ne treba pretvarati u automatsko pravilo „natural” ili „treated”. Prirodni i umjetni procesi mogu stvarati djelomično preklapajuće obrasce.
Gemologija i radiološka sigurnost nisu isto pitanje
Riječ irradiated često izaziva pogrešnu pretpostavku da je svaki tretirani dijamant radioaktivan. To nije točno.
Američki NRC objašnjava da zračenje (irradiation) može, ali ne mora, proizvesti rezidualnu radioaktivnost. Neutronska obrada u reaktoru i određeni postupci u akceleratoru mogu aktivirati tragove elemenata u kamenu, dok NRC izričito navodi da obrada gama-zračenjem iz kobaltnog izvora (cobalt irradiator) ne čini kamen radioaktivnim.
Ako gemstone sadrži induciranu radioaktivnost, NRC regulira njegovu početnu distribuciju: licencirani distributer mora provesti radiološka mjerenja i materijal ne smije biti pušten u javnu distribuciju iznad dopuštenih koncentracija izuzetih od licenciranja (exempt). Nakon pravilne distribucije u okviru tog izuzeća naknadni distributeri, zlatari i krajnji vlasnici ne trebaju posebnu NRC licencu samo zbog posjedovanja takvog kamena.
To je radiološko-regulatorno pitanje, a ne metoda za određivanje origin of color.
Stabilnost ne znači neuništivost
GIA tretira irradiation i annealing kao stabilne kategorije tretmana za koje može izdati odgovarajući laboratorijski dokument uz objavu tretmana. Stabilnost u tom smislu ne znači da je boja neovisna o svim mogućim temperaturama, servisnim postupcima ili ekstremnim uvjetima.
Kod popravka nakita važno je znati treatment history prije primjene topline. Detaljni radionički protokoli pripadaju poglavljima 86–87.
Kako laboratorij zaključuje o podrijetlu boje (origin of color)
Profesionalni zaključak temelji se na kombinaciji:
- potvrde da je materijal dijamant;
- određivanja prirodnog ili sintetičkog podrijetla;
- mikroskopskoga pregleda i prostorne raspodjele boje;
- UV-Vis-NIR podataka;
- FTIR konteksta;
- fotoluminiscencije i drugih ciljanih metoda kada su potrebne;
- usporedbe s dokumentiranim prirodnim i tretiranim populacijama;
- procjene jesu li svi nalazi međusobno kompatibilni.
Pojedini centar može biti važan dokaz. Zaključak ipak pripada cijelom skupu dokaza.
Sažetak poglavlja
- Zračenje ne mijenja prirodno ili sintetičko podrijetlo dijamantnoga materijala.
- Irradiation može stvarati vakancije i snažno mijenjati apsorpciju svjetlosti.
- GR1 je važan vacancy-related centar, ali nije samostalan dokaz umjetnog tretmana.
- Prirodno geološko zračenje može stvarati srodne defekte i zelene površinske značajke.
- Elektronsko, neutronsko i gama-zračenje nisu identični procesi ni identični prostorni potpisi.
- Početna populacija defekata određuje kako će dijamant reagirati na treatment.
- Annealing može pokrenuti migraciju i preuređenje vakancija te promijeniti H3, H4, NV i druge centre.
- Kasniji tretman može oslabiti ili preoblikovati tragove ranijega.
- Zoniranje boje je dokazni trag, ne automatska presuda o prirodnoj ili tretiranoj boji.
- Gemološka identifikacija tretmana i radiološka sigurnost dvije su odvojene discipline.
- Stabilan tretman nije isto što i apsolutna otpornost na sve servisne uvjete.
- Origin of color zaključuje se multimethod dokaznim sklopom, a ne jednom linijom u spektru.
Izvori za ovo poglavlje
Izvori su primarni ili autoritativni; oznaka u zagradi navodi jurisdikciju ili vrstu izvora.
- GIA: Diamond Treatments
- GIA / G&G: Natural-Color Green Diamonds: A Beautiful Conundrum (proljeće 2018.)
- GIA / G&G: Huang i sur. 2019, Hydrogen-Rich Green Diamond Color-Treated by Multi-Step Processing
- GIA / G&G: Breeding i Shigley 2009, The „Type” Classification System of Diamonds and Its Importance in Gemology