Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng công nghệ chiếu xạ nhằm cải thiện màu sắc của tourmalin, topaz và beryl tại Thái Lan. Nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của Viện Công nghệ Hạt nhân Thái Lan (Thailand Institute of Nuclear Technology – TINT) trong việc ứng dụng các kỹ thuật chiếu xạ gamma, chiếu xạ bằng chùm tia điện tử và chiếu xạ neutron. Nội dung nghiên cứu phân tích các thông số xử lý, thiết bị sử dụng, cũng như những ảnh hưởng của quá trình chiếu xạ đối với vẻ ngoài và độ ổn định của đá quý sau xử lý. Kết quả nghiên cứu làm nổi bật năng lực kỹ thuật của Thái Lan trong lĩnh vực xử lý chiếu xạ đá quý, đồng thời gợi mở những hướng phát triển và đổi mới trong tương lai về công nghệ xử lý cải thiện đá quý.

Giới thiệu

Cải thiện màu sắc bằng phương pháp chiếu xạ là một kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đá quý, phổ biến trên các loại đá như tourmalin, topaz và beryl. Tại Thái Lan, Viện Công nghệ Hạt nhân Thái Lan (Thailand Institute of Nuclear Technology – TINT) là nơi đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ chiếu xạ bằng tia gamma, chùm tia điện tử và neutron nhằm cải thiện chất lượng đá quý. Các kỹ thuật này đã được nghiên cứu chuyên sâu, cho thấy cả những tác động vật lý lẫn lợi ích thương mại (Nassau, 1980; Kittypong và cộng sự, 2019).

Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Các mẫu đá quý tourmalin, topaz và beryl được thu thập từ các chợ đá quý địa phương tại Thái Lan. Quá trình xử lý chiếu xạ được thực hiện tại TINT bằng các phương pháp sau:

Chiếu xạ gamma: Mẫu topaz (35 ct, 1 viên) và tourmalin (21 ct, 1 viên) được chiếu xạ bằng nguồn cobalt-60 với liều chiếu xạ dao động từ 80-1.000 kGy (TINT, 2022).

Chiếu xạ bằng chùm tia điện tử: Mẫu topaz (35 ct, 1 viên), tourmalin (42 ct, 1 viên) và beryl (21 ct, 1 viên) được xử lý bằng máy gia tốc tuyến tính có năng lượng 20 MeV, với năng lượng và liều chiếu xạ được kiểm soát (Satirapod, 2020).

Chiếu xạ neutron: Hai mẫu topaz (mỗi mẫu 15 ct) được chiếu xạ trong lò phản ứng nghiên cứu TRR-1/M1; thông lượng neutron nhiệt và neutron nhanh được theo dõi, đồng thời tiến hành phân tích kích hoạt để đánh giá và kiểm soát an toàn phóng xạ sau xử lý.

Sau quá trình chiếu xạ, các mẫu đá quý được xử lý ủ nhiệt nhằm ổn định những thay đổi về màu sắc, sau đó được phân tích bằng phương pháp quang phổ UV-Vis và đánh giá màu sắc.

Bảng 1. Tóm tắt các điều kiện xử lý và kết quả thay đổi màu sắc.

Kết quả và thảo luận

Phân tích sau xử lý được thực hiện bằng phương pháp quang phổ UV-Vis, đánh giá màu sắc và quan sát cấu trúc bằng kính hiển vi quang học. Chiếu xạ gamma cho thấy hiệu quả trong việc làm thay đổi màu sắc của cả topaz và tourmalin. Topaz không màu chuyển sang màu nâu sau khi được chiếu xạ gamma với liều 800-1.000 kGy trong thời gian 2-3 tuần (Hình 1a). Tương tự, tourmalin có màu hồng nhạt trở nên đậm màu hồng hơn khi được chiếu xạ gamma với liều 80-500 kGy (Hình 2a).

Hình 1. Các mẫu topaz được chiếu xạ, thể hiện sự thay đổi màu sắc do a) chiếu xạ gamma, b) chiếu xạ bằng chùm tia điện tử và c) chiếu xạ neutron gây ra.

Chiếu xạ bằng chùm tia điện tử cũng cho thấy khả năng tạo ra sự thay đổi màu sắc, đặc biệt ở tourmalin, beryl và topaz. Tourmalin, khi được chiếu xạ bằng chùm tia điện tử với liều 500-1.000 kGy trong thời gian 1-3 giờ, có màu hồng đậm hơn (Hình 2b). Beryl ban đầu không màu chuyển thành màu vàng nhạt sau khi được chiếu xạ với liều cao hơn đáng kể, từ 10.000-30.000 kGy trong thời gian 3-5 ngày (Hình 3). Topaz, sau khi được chiếu xạ bằng chùm tia điện tử với liều 50.000-80.000 kGy trong thời gian 2-3 tuần, chuyển từ không màu sang xanh lam nhạt (Hình 1b).

Hình 2. Tourmalin được chiếu xạ, thể hiện sự thay đổi màu sắc trước (bên trái) và sau (bên phải) khi tiếp xúc với a) tia gamma và b) chùm tia điện tử.

Chiếu xạ neutron, được áp dụng cụ thể đối với topaz, đã tạo ra sự chuyển đổi màu sắc đáng kể từ không màu sang lam đậm (Hình 1c). Sự thay đổi màu sắc rõ rệt này đạt được với thông lượng neutron 1 × 1015 n/cm²/s trong thời gian 6-12 giờ.

Hình 3: Thể hiện hình ảnh beryl trước (bên trái) và sau (bên phải) khi được chiếu xạ bằng chùm tia điện tử.

Độ ổn định màu sắc được đánh giá trong khoảng thời gian 3 tháng dưới điều kiện chiếu sáng có kiểm soát. Các mẫu đá được xử lý bằng neutron và chùm tia điện tử không cho thấy hiện tượng phai màu đáng kể, trong khi topaz được chiếu xạ gamma xuất hiện hiện tượng phai màu nhẹ trong điều kiện tiếp xúc với tia cực tím ở cường độ cao, cho thấy quá trình ủ nhiệt sau xử lý có thể góp phần cải thiện độ ổn định màu sắc. Nhìn chung, kết quả nghiên cứu cho thấy các hình thức chiếu xạ khác nhau có thể tạo ra những thay đổi màu sắc khác nhau và có thể kiểm soát được trên nhiều loại đá quý. Hiệu quả của từng loại chiếu xạ phụ thuộc vào loại đá quý, liều chiếu xạ hấp thụ hoặc thông lượng neutron, cũng như thời gian tiếp xúc.

Kết luận

Chiếu xạ là một phương pháp hiệu quả và có khả năng kiểm soát trong việc cải thiện màu sắc đá quý. Mỗi kỹ thuật đều mang lại những ưu điểm riêng và khi được thực hiện đúng cách, như tại TINT, có thể tạo ra kết quả xử lý chất lượng cao và ổn định. Chiếu xạ neutron đặc biệt có nhiều triển vọng, tuy nhiên đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình an toàn bức xạ. Những phát hiện này củng cố năng lực công nghệ của Thái Lan trong lĩnh vực xử lý đá quý tiên tiến.

Tác giả: A. Maneewong*, K. Pangza, N. Jangsawang, N. Thamrongsiripak and T. Charoennam/ THE 8th INTERNATIONAL GEM & JEWELRY CONFERENCE (GIT 2025)

Dịch bởi: Lê Thị Thảo_DOJILAB HN