Драгоценный Sky Blue: как в ядерном реакторе создают камни для ювелирных украшений

В Томском политехе уже 55 лет работает ядерный реактор — единственный в России, действующий в вузе. Но на реакторе политеха не только учат будущих атомщиков, но и делают много полезных вещей — для промышленности, медицины и даже… ювелиров. С 2011 года здесь облучают топазы, добиваясь самого красивого оттенка — небесно-голубого.

Зачем облучать топазы?

Топаз — драгоценный камень, по своей красоте сравнимый с бриллиантом. Топазы бывают разных цветов: прозрачные, желтые, коричневые, розовые. Но больше всего ценятся разные оттенки голубого. В природе такие топазы уже практически не встречаются, поэтому драгоценного цвета добиваются в лабораторных условиях при помощи облучения быстрыми нейтронами. Есть даже классификация оттенков голубого — от светлого к более насыщенному:

— Sky Blue, или небесно-голубой;

— Swiss Blue;

— London Blue.

Последние самые редкие и самые дорогие, потому что такого насыщенного цвета можно добиться далеко не на любом сырье, и топазы достаточно высокого качества попадаются не так уж и часто. Однако ювелирам удалось добиться потрясающего сходства с такими топазами на обыкновенной окрашенной шпинели. Ее-то и можно встретить в ювелирных магазинах гораздо чаще, чем тот самый London Blue.

Обычно в украшениях встречаются топазы более светлых оттенков, которые «окрашивают», в том числе, в Томском политехническом университете.

По какой технологии облучают топазы?

Разработку технологии радиационной модификации оптических свойств (окраски) топазов ученые начали в 2011 году в лаборатории № 33 Ядерного реактора Инженерной школы ядерных технологий ТПУ. Технология полностью отечественная, раньше окрашиванием камней нейтронным методом занимались за рубежом. В России окрашиванием топазов сегодня занимаются только Томский политех и центр в Димитровграде.

Специалисты ТПУ определили месторождения, топазы с которых больше всего подходят для окраски на данном конкретном реакторе, — для этого изучался микроэлементный состав камней.

«В начале работы мы провели микроэлементный анализ топазов нескольких месторождений. Образцы топазов нам передавались безымянными, только цифровые коды. На основании проведенных исследований мы выбрали месторождения топазов с минимальными примесями. Химическая формула топаза Al2 (FOH)2SiO4. При облучении нейтронами элементы матрицы топазов не образуют долгоживущие изотопы», — поясняет заведующей лабораторией № 33 Валерий Варлачев.

Для облучения используются обычно прозрачные топазы, независимо от размера — лишь бы помещались в облучательное устройство. Продолжительность облучения топазов зависит от того, какого оттенка камень нужно получить.

После получения партии топазов от заказчика они загружаются в контейнеры для облучения в экспериментальных каналах реактора. После облучения камни становятся радиоактивными, и, для того чтобы они стали безопасными, контейнеры помещают в хранилище радиоактивных образцов для выдержки. Продолжительность такой выдержки может достигать года и зависит от количества и состава микропримесей в кристаллах топазов.

Окрашенные кристаллы полностью безопасны. Ученые ТПУ подобрали такие условия облучения и модификации физических свойств топаза, которые не позволяют накапливать радиоактивность тантала, входящего в элементный состав камня.

Сколько драгоценных камней выпускает Томский политех?

Для того чтобы проводить окрашивание больших партий природных кристаллов, политехники спроектировали и изготовили новые облучательные устройства на исследовательском реакторе.

Разработанная в Томске технология позволяет заказчику получать готовые камни через полгода-год после сдачи для облучения. Ее проектная мощность позволяет получать до полутора тонн топазов в год.