การทดลองฉายอัญมณีด้วยรังสีเอกซ์

บทคัดย่อ

การพัฒนาต้นกำเนิดรังสีเอกซ์ความเข้มสูง ทำให้สามารถนำมาใช้ในการทดลองฉายรังสี เพื่อเปลี่ยนสีอัญมณี โดยใช้เวลาที่สั้นลง สามารถทำให้เกิดสีในผลึกแร่ต่างๆ ได้หลายชนิดมากขึ้น

การทดลองฉายรังสีอัญมณี โดยใช้หลอดรังสีเอกซ์กำลังสูง แบบหน้าต่างเบริลเลียม สามารถทำให้เปลี่ยนสีได้ในเวลาไม่กี่นาที ขณะที่การทดลองก่อนหน้านี้ที่ใช้หลอดขนาดเล็ก ทำให้ต้องใช้เวลาหลายชั่วโมง หรืออาจไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลย การทดลองนี้ บางส่วนให้ผลการเปลี่ยนสีที่ถาวร บางส่วนจะจางลงอย่างช้าๆ เมื่อได้รับแสงสว่าง บางส่วนกลับคืนเป็นสีเดิมเอง การทราบถึงการเปลี่ยนสีอัญมณี ที่ให้ผลชั่วคราว จึงเป็นข้อมูลที่มีความสำคัญในการป้องกันการหลอกลวงในลักษณะนี้

จากที่มีผู้เคยทำการทดลองโดยใช้ต้นกำเนิดรังสีหลายชนิด มีการบันทึกถึงผลการเปลี่ยนสีของแร่ธาตุได้ ทั้งจากการใช้เรเดียมและรังสีเอกซ์ ในปี 1912 Doelter ได้ทำการทดลองเปลี่ยนสีในอัญมณีหลายชนิด เช่น เพชร (diamond) spodumene ควอรตซ์ (quartz) และโทแพซ (topaz) ซึ่งการทดลองในสมัยนั้น นักธรณีวิทยา (mineralogist) ไม่มีการอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น เพียงแต่บันทึกผลที่สังเกตได้เท่านั้น

ต่อมานักฟิสิกส์ได้ศึกษา เกี่ยวกับความใสของแร่ธาตุ โดยทดลองถึงการเปลี่ยนสี เมื่อมีแสงตกกระทบ และศึกษาผลด้านอื่นด้วย เช่น photoconductivity มีความพยายามที่จะใช้ทฤษฎีเพื่อจะอธิบาย โดยเริ่มที่ผลึกของสารประกอบอย่างง่าย เช่น alkali halides เนื่องจากผลึกที่มีสารประกอบหลายชนิด มีปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในผลึกที่ซับซ้อน

นักฟิสิกส์ได้อธิบายว่า การเหนี่ยวนำด้วยรังสีเอกซ์สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนสีแบบถาวรได้ จากการทำให้อิเล็กตรอนในโครงสร้างของผลึกเปลี่ยนตำแหน่ง โดยขึ้นกับการมีรอย (defect) ที่อยู่ในโครงสร้างผลึกนั้น อิเล็กตรอนของไอออนธาตุกลุ่มฮาโลเจน (halogen ions) เมื่อถูกยิงด้วยรังสีเอกซ์ จะทำให้หลุดออกและไปถูกจับ (trap) อยู่ในตำแหน่งใหม่ ส่วนการเปลี่ยนสีที่ไม่ถาวร เกิดจากผลึกที่มีประจุบวกหรือประจุที่ไม่สมบูรณ์ ทำให้สามารถกลับคืนได้ เมื่อได้รับพลังงานเพียงเล็กน้อย

สารประกอบบางชนิดจะเกิด fluoresce และ phosphoresce เนื่องจากผลึกจะเข้าสู่ภาวะ excited state ได้ง่าย ส่วนกลุ่มที่ฉายรังสีแล้วมีการเปลี่ยนสีที่เสถียรมากกว่าจะไม่เกิด luminescence หรือเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อย ขณะที่บางกลุ่มไม่มีการเปลี่ยนแปลงจากการได้รับรังสี แม้ว่ายังไม่มีการทดลองเพื่อยืนยันให้เห็นว่า สารประกอบเหล่านี้เกือบทุกชนิด สามารถเปลี่ยนเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ขณะที่ฉายรังสี โดยอาจไม่มีการเปลี่ยนสีตามมา

การฉายรังสีอัญมณี และการหาวิธีที่จะเปลี่ยนสีให้ได้ผลที่ถาวร ในอัญมณีบางชนิดที่ปัจจุบันพบว่าให้ผลเพียงชั่วคราว จึงเป็นปัญหาที่ท้าทายอย่างหนึ่ง ในการเลียนแบบ การเกิดขึ้นตามธรรมชาติ การใช้หลอดรังสีเอกซ์ Machlett แบบหน้าต่างเบริลเลียม ให้ความเข้มของรังสี มากกว่าหลอดแบบเดิมหลายร้อยเท่า ทำให้เวลาที่ใช้เพียง 1 นาที เทียบเท่ากับที่แบบเดิมใช้เวลาหลายชั่วโมง

อัญมณีที่คัดเลือกมาใช้ในการทดลอง เป็นชนิดเดียวกับที่เคยทดลองได้ผลในครั้งก่อน เช่น spodumene หรืออัญมณีที่จะมีราคาสูงถ้าเปลี่ยนสีได้ถาวร เช่น corundum รวมทั้งอัญมณีอื่นที่น่าสนใจอีกหลายชนิด ซึ่งได้ผลการทดลองดังตารางด้านล่าง

ตัวอย่างที่แสดงในตารางที่ 1 ทั้งหมดได้รับการฉายรังสี จากหลอดรังสีเอกซ์ Machlett Type AEG-50 ซึ่งมีจุดโฟกัสขนาด 5 มิลลิเมตร ฉายรังสีโดยไม่ใช้แผ่นกรอง ใช้ศักย์ไฟฟ้า 50 กิโลโวลต์ ใช้กระแส 50 มิลลิแอมแปร์

หลอดรังสีเอกซ์ Type AEG-50 มีหน้าต่างเป็นเบริลเลียม มีความหนาประมาณ 1 มิลลิเมตร อยู่ห่างจากจุดโฟกัส 2 เซนติเมตร ใช้เป้าเป็นทังสเตน ทำมุม 20 องศา กับแกนของหลอด มีลำกรวยของรังสีเอกซ์ (conical solid angle) 40 องศา วางตัวอย่างไว้ห่างจากหน้าต่างประมาณ 0.5 เซนติเมตร

หลอดรังสีเอกซ์แบบ AEG-50
แผนภาพแสดงตำแหน่งเม็ดพลอย ที่ฉายรังสีเอกซ์
ในการทดลอง ไม่ได้ทำการวัดความเข้มของรังสีเอกซ์ ที่ตำแหน่งที่ฉายรังสีโดยตรง แต่ทำการประมาณโดยใช้ข้อมูลของ Rogers (1945-1946) ซึ่งทำการวัด โดยใช้หลอดที่คล้ายกัน โดยใช้กระแส 50 mA และศักย์ไฟฟ้าคงที่ 50 kV ได้ความเข้มของรังสีเอกซ์ 2,330,000 R per minute ที่หน้าต่างของหลอด การแก้ค่าความแตกต่างจากการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ และระยะห่างจากหลอดที่เพิ่มขึ้น คาดว่าลดลงครึ่งหนึ่ง โดยให้ปริมาณรังสีที่จุดโฟกัส มีค่าประมาณ 1 ล้าน R per minute รังสีเอกซ์ที่ผ่านเข้าไปในวัตถุ จะถูกดูดกลืน ทำให้ความเข้มลดลงอย่างรวดเร็ว แม้ว่าจะเป็นธาตุที่มีเลขอะตอมต่ำ การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของสี ในตัวอย่างขนาดใหญ่ ใช้การฉายรังสีผ่านลงไปที่ความลึกประมาณ 1 cm เพื่อรังสีส่วนใหญ่เกิดปฏิกิริยากับตัวอย่าง
 

อภิปรายผลการทดลอง

Spodumene
จากการฉายรังสี ในหลายตัวอย่างที่มาจากหลายแหล่งและเปรียบเทียบผลการทดลอง ไม่มีความแตกต่างเนื่องจากแหล่งของตัวอย่าง โดยได้สีเขียวอ่อน (light green) ที่มีความเข้มสูง แต่จางลงและกลับเป็นไม่มีสีเหมือนเดิม เมื่อถูกแสงแดดหรือความร้อน ถ้าฉายรังสีแล้วเก็บไว้ในความมืด จะยังคงมีสีอยู่ได้โดยไม่จางลง การเปลี่ยนสีจะเกิดขึ้นทันที แต่จะสังเกตเห็นได้ เมื่อผ่านไปช่วงเวลาหนึ่ง เช่น การฉายรังสีเป็นเวลา 5 นาที จะมีการเปลี่ยนสีที่ระดับความลึกเกินกว่า 1 mm เล็กน้อย การเปลี่ยนสีที่เด่นชัดใน spodumene (ตัวอย่างที่ใช้ส่วนใหญ่เป็น kunzite) คือได้สีส้ม (orange phosphorescence) ที่มีความเข้มและสีที่คงทน ขณะนำออกจากหลอดรังสีเอกซ์ มองดูคล้ายถ่านหินเรืองแสง ซึ่งสามารถเห็นได้เป็นเวลาเกือบชั่วโมง การหายไปของเขียวมีความสัมพันธ์โดยตรงกับการเรืองแสงนี้ ทันทีที่หยุดการฉายรังสี ก้อนผลึกที่ส่องด้วยไฟ จะเห็นเป็นสีน้ำตาล โดยก่อนที่การเรืองแสงจะสิ้นสุด จะไม่เห็นสีเขียว การใช้ความร้อนจะทำให้เรือแสงอีกครั้ง และทำให้สีเขียวหมดไป มีตัวอย่างหนึ่ง เป็นผลึกสีขาวใส (white Brazilian crystal) มีด้านหนึ่งที่ไม่เรืองแสง แต่ส่วนที่ฉายรังสีเป็นสีเขียว เมื่อนำออกไปจากหลอดรังสีเอกซ์ ส่วนที่เรืองแสงแยกส่วนออกจากส่วนที่ไม่เรืองแสงอย่างชัดเจนหลังจากฉายรังสี หลังจากหมดการเรืองแสง ผลึกจะกลายเป็นสีเขียว และไม่เห็นความแตกต่างนี้อีก แต่น่าแปลกที่การทดลองของ Doelter ไม่พบการเปลี่ยนสีนี้ในการทดลองฉายผลึกแร่ด้วยรังสีเอกซ์

Spodumene Kunzite
Beryl
Beryl Aquamarine
เบริล (Beryl)
การฉายรังสีเบริลที่มีสีแตกต่างกันพบว่ามีการเปลี่ยนสี แต่เกิดขึ้นอย่างช้าๆ ตัวอย่างเช่น เบริลสีฟ้าอ่อน (pale aquamarine) ไม่พบการเปลี่ยนสีเมื่อฉายรังสีไปแล้ว 8 ชั่วโมง และเมื่อฉายรังสีไป 41 ชั่วโมง จึงเปลี่ยนเป็นสีเขียวอ่อน ที่สวยงามมาก เบริลสีฟ้าอ่อน จะกลายเป็นสีเขียวอ่อนเมื่อฉายรังสีเป็นเวลานาน แต่มีสีอ่อนมาก เบริลที่มีสีน้ำเงินเข้ม (deep blue aquamarine) จะกลายเป็นสีเขียว เมื่อฉายรังสีเป็นเวลานาน (50 ชั่วโมง) การทดลองทำให้สีจางลง พบว่า สีจางลงโดยกลายเป็นสีเหลือง แต่ยังคงมีสีอยู่ ไม่กลับเป็นสีขาว ส่วนผลึกที่ไม่ได้รับความร้อนจะยังคงมีสีเขียว มรกต (emerald) ที่ฉายรังสีเป็นเวลาสั้นๆ ไม่มีการเปลี่ยนสี ขณะที่เบริลไม่มีจะกลายเป็นสีน้ำตาลอ่อน หลังจากฉายรังสี 16 ชั่วโมง การฉายรังสีเบริลไม่ทำให้เกิดการเรืองแสง แม้ว่า calcite ใน Colombian emerald จะเรืองแสงได้ การให้ความร้อนจะทำให้กลับเป็นสีเดิม โดยผลการฉายรังสีจะยังคงอยู่ถ้าไม่ได้รับความร้อน

คอรันดัม (Corundum)
คอรันดัมแต่ละชนิดให้ผลการฉายรังสีที่แตกต่างกันมากที่สุด โดยเฉพาะในกรณีของ Ceylon sapphires สีจาง ก่อนหน้านี้ ไม่มีรายงานว่า sapphire สามารถเปลี่ยนสีได้จากการฉายรังสี แต่การทดลองครั้งนี้ พบว่ามีการเปลี่ยนสี โดยให้ผลเช่นเดียวกับ spodumene คือการจางลงและกลับเป็นไม่มีสีเมื่อได้รับแสงสว่าง

การเปลี่ยนสีในแต่ละกรณีนั้นคล้ายๆ กัน โดยผลการเปลี่ยนสี ขึ้นอยู่สีเดิม สีที่เปลี่ยนไปนั้น แท้จริงแล้วคือ การเหนี่ยวนำให้สีเหลือง หรือสีอำพันมีความเข้มมากขึ้น ในกรณีที่เป็น sapphires สีจาง หรือไม่มีสี จะเห็นผลได้ชัดเจนถ้าทำให้สีคงอยู่อย่างถาวรได้ sapphires ที่ขาวใส หรือไม่มีสี จะกลายเป็นสีอำพัน เมื่อฉายรังสี 5-10 นาที โดยฉายลำรังสีตรงลงที่หน้าผลึก เมื่อนำมาส่องดูด้านข้าง จะเห็นว่ามีสีเข้มที่ผิวหน้าตรงส่วนที่รังสีตกกระทบ และค่อยๆ จางลงกลายเป็นไม่มีสีที่ความลึกไม่กี่มิลลิเมตร คอรันดัมสีเหลือง หรือสีจางจะกลายเป็นพลอยสีสวย ขณะที่ blue sapphires จะกลายเป็นสีเขียวขุ่น ส่วนหินสีม่วงอ่อน (light lilac) จะกลายเป็นสีส้มแดง (rosy orange) คล้ายกับ pacparatum และใน gray star sapphires จะกลายเป็นสีเหลืองน้ำตาล (yellow brown) sapphire ธรรมชาติให้สีที่เปลี่ยนไปมากกว่า sapphire สังเคราะห์ โดยมีการเปลี่ยนแปลงที่ระดับสี มากกว่าความอิ่มตัวของสี

การได้รับแสงแดดเป็นเวลานานๆ สามารถทำให้กลับเป็นสีเดิม โดยไม่จำเป็นต้องได้รับความร้อนสูง แต่จะยังคงสีที่เปลี่ยนไว้ได้ถ้าเก็บไว้ในที่มืด พลอยสีเหลืองอ่อนจะให้สีเข้มกว่า และจางลงช้ากว่าพลอยที่เดิมไม่มีสี การทดสอบการจางลงของ sapphire ธรรมชาติสีเหลือง โดยส่องด้วยหลอด sun lamp เทียบกับพลอยที่เปลี่ยนสีจากการฉายด้วยรังสีเอกซ์ พบว่ามีการจางลงเล็กน้อย โดยลักษณะการจางลงแตกต่างจากพลอยที่เปลี่ยนสีด้วยรังสีเอกซ์ ถ้าสามารถหาวิธีทำให้การเปลี่ยนสีเกิดขึ้นอย่างถาวร จะมีความสำคัญอย่างยิ่งทางการค้า ดังนั้น สีที่เปลี่ยนจึงอาจคงอยู่ได้เป็นปี ถ้ามีการใช้งานแบบปกติ โดยไม่ถูกแสงแดด ถ้าหลอดรังสีเอกซ์มีการใช้งานได้ทั่วไปแล้ว ก่อนซื้อพลอยที่มีสีเหลืองเข้ม จึงควรพิจารณาอย่างรอบคอบ และทดสอบการจางลงก่อนที่จะชำระเงิน

การที่พลอยได้สีอำพันทั่วทั้งเม็ด โดยไม่มีสีอื่นเลย แสดงว่า การเปลี่ยนสีเกิดจากองค์ประกอบหลักของเนื้อพลอย แต่การไม่มีสีอื่นเลยหรือมีอ่อนมากในพลอยสังเคราะห์ เนื่องจากพลอยสังเคราะห์ มีธาตุอื่นเจือปนอยู่ หรือมีโครงสร้างที่ผิดปกติน้อยมาก

จากการทดลอง ไม่พบว่ามีการเรืองแสงของคอรันดัม ในขณะที่ฉายรังสีและภายหลังการฉายรังสี ยกเว้นในกรณีเดียวที่ salmon-colored stone ให้แสงเรืองสีส้มสุก (brilliant orange) ระหว่างการฉายรังสี นอกจากนั้นไม่มีสิ่งที่แตกต่างจาก sapphires ชนิดอื่น ส่วน Blue Australian sapphires ไม่พบว่ามีการเปลี่ยนแปลง

corundum ruby
corundum sapphire
synthetic corundum
คอรันดัมสังเคราะห์ (Synthetic Corundum )
คอรันดัมสังเคราะห์แต่ละสี ให้ผลการฉายรังสีที่แตกต่างกัน เม็ดสีฟ้าจะกลายเป็นสีเขียว ส่วนสีแดงทับทิม ไม่มีการเปลี่ยนแปลง เม็ดสีชมพูเข้มกลายเป็นสีแดงเข้ม สีชมพูอ่อนกลายเป็นสีแดงส้มคล้ายกับพลอยธรรมชาติ sapphire สีเขียว กลายเป็นสีอำพัน (dirty amber) และเม็ดที่ไม่มีสีกลายเป็นสีน้ำตาล การฉายรังสีพลอยสังเคราะห์ใช้เลามากกว่าพลอยธรรมชาติ โดยอยู่ในช่วงประมาณ 15 ชั่วโมง ส่วนพลอยธรรมชาติ มีการเปลี่ยนสีที่เร็วกว่า แต่การฉายรังสีเพิ่มมากขึ้น ก็ให้ผลการเปลี่ยนแปลงอีกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
ทัวมาลีน (Tourmaline)
ทัวมาลีนจำนวนมากและมีหลายสีที่นำมาฉายรังสี ไม่พบการเปลี่ยนแปลงมากนัก ส่วนใหญ่จะมีสีเข้มมากขึ้นเล็กน้อย การฉายรังสีให้ได้สีม่วงแดง ต้องใช้เวลาฉายรังสีประมาณ 10 ชั่วโมง บางกรณีใช้เวลาน้อยกว่านี้ ส่วนทัวมาลีนสีเขียวไม่มีการเปลี่ยนแปลง หลังจากฉายรังสีไปแล้ว 8.5 ชั่วโมง ขณะที่พลอยสีเขียวอ่อนเปลี่ยนเป็นสีเหลืองอ่อน หลังจากฉายรังสี 1 ชั่วโมง 20 นาที
Tourmaline
Tourmaline

ควอรตซ์ (Quartz)

(a) Rock Crystal มีรายงานว่า ควอรตซ์กลายเป็นสีเข้มเมื่อฉายด้วยรังสีเอกซ์ แต่ในการทดลองนี้ ควอรตซ์ไม่มีสีมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมาก จากการทดลองหลายครั้ง โดยฉายรังสีลงบนผิวหน้าของปริซึม พบการเปลี่ยนแปลงเมื่อฉายรังสี นานกว่า 1 ชั่วโมง ในปี 1944 Frondel รายงานว่า ได้ปลูกผลึกโดย banding parallel บนแผ่นที่ฉายรังสี และได้พบว่ามี twinning หลายสี โดยการเปลี่ยนแปลงจะขึ้นกับเม็ดผลึก (mother crystal) ที่นำมาปลูก ในกรณีของ fluorite ก็ให้ผลใกล้เคียงกัน โดยขึ้นกับตำหนิของรอยที่อยู่บนโครงสร้างของผลึก ที่เกิดขึ้นในระหว่างการปลูกผลึก มากกว่าการเจือปนของธาตุอื่น สีที่เปลี่ยนแปลงไป สามารถทำให้กลับคืนได้โดยใช้ความร้อน ซึ่ง Frondel ได้รายงานว่า การเปลี่ยนแปลงของความถี่ (oscillation frequencies) จะยังคงอยู่ถาวร ถ้าให้ความร้อนต่ำกว่า 175 oC

(b) Amethyst: ผลึกหินสีม่วงที่ทำการทดลอง ไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลงจากการฉายรังสี โดยมีบางเม็ดมีสีเข้มมากขึ้น และเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล เมื่อให้ความร้อน และทำให้เม็ดสีเทากลายเป็นสีเหลืองน้ำตาล
(c) Quartz ชนิดอื่น: ควอรตซ์สีแดง (Rose quartz) ฉายรังสีแล้วเข้มมากขึ้น เช่นเดียวกับรายงานของ Frondel ส่วน Chalcedony มีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

Quartz
Quartz Amythyst

Scapolite
Scapolites 2 ชนิด ที่นำมาทดลอง ให้ผลที่ใกล้เคียงกัน โดย scapolite สีขาว (cat's-eye) จากพม่า กลายเป็นสีม่วงเข้ม เมื่อฉายรังสีเพียง 10 นาที โดยรังสีเข้าไปไม่ลึก จึงได้ผลดีถ้าฉายรังสีที่ผิวหน้าทั่วทั้งเม็ด สีที่เปลี่ยนแปลงเป็นแบบ dichroic โดยมีสีม่วงเข้มตามแนวขนานกับแกน (c-axis) ไปจนไม่มีสีในแนวตั้งฉาก เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนสีแบบ dichroism จึงทำให้ได้สีที่มีความเข้มไม่สูง สีที่เปลี่ยนไปนี้ จะจางลงอย่างรวดเร็ว เมื่อได้รับความร้อนในระดับปานกลาง หรือได้รับแสงสว่าง และที่แตกต่างจากพลอยชนิดอื่น คือ การจางลงของสีเกิดขึ้นได้ แม้จะเก็บในที่มืด พลอยชนิดนี้ที่ฉายรังสีจนมีความเข้มมาก จะกลับเป็นไม่มีสีอย่างเดิม เมื่อเก็บไว้ประมาณ 1 เดือน โดยอยู่ในที่มืดตลอดเวลา พลอยชนิดนี้จึงเป็นชนิดเดียว ที่มีการจางลงของสีตามเวลาอย่างชัดเจน

พลอยสีเหลืองใสจากบราซิล ให้ผลที่ใกล้เคียงกัน โดยเปลี่ยนเป็นสีม่วง ซึ่ง Mr. Grant Waite จาก Toronto เคยทดลองโดยฉายด้วยรังสีจากเรเดียม แล้วให้สีม่วงอ่อน พลอยที่เปลี่ยนเป็นสีเหลืองจะไม่คงทน โดยมีการจางลงอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับแสงสว่าง แต่ก็ยังไวต่อแสงน้อยกว่าพลอยที่มาจากพม่า Scapolite มีการเรืองแสงอยู่หลายนาที ภายหลังจากการฉายรังสี

Opal
Mexican opal จากเม็กซิโก ไม่พบการเปลี่ยนแปลง ทั้งการฉายด้วยรังสีและการใช้ความร้อน หลังจากที่ใช้เวลาในการฉายรังสีไปแล้ว 20 ชั่วโมง

Topaz
Topaz ทั้งสีฟ้า (blue) และสีขาว (white) กลายเป็นสีน้ำตาล (smoky brown) หลังจากฉายรังสี ซึ่งแตกต่างจากสีของ topaz ธรรมชาติ และสามารถกลับคืนสีเดิมได้ง่าย เมื่อใช้ความร้อน ส่วนโทปาซจากบราซิล (Brazilian topaz) สีเหลืองอ่อน และสีชมพูอ่อน มีสีน้ำตาลที่เข้มมากขึ้นจากสีเดิม ซึ่งจะทำให้มูลค่าสูงขึ้นมากถ้าสีมีความคงทนถาวร แต่จากการนำไปถูกแสงแดด สีจะกลับเป็นอย่างเดิมในเวลา 8 ชั่วโมง

Topaz
Topaz
Zircon

เซอร์คอน (Zircon)
จากการทดลองด้วยเซอร์คอนหลายชนิด รวมทั้งเซอร์คอนสีฟ้าจากการใช้ความร้อน (blue heat-treated zircons) พบว่า ส่วนที่เป็นสีฟ้าจากการใช้ความร้อน กลายเป็นน้ำตาล โดยมีสีน้ำตาลเข้มที่ความลึกประมาณ 1 มิลลิเมตร ส่วนเซอร์คอนที่เดิมเป็นสีน้ำตาล ไม่พบการเปลี่ยนแปลง และเมื่อนำไปถูกแสงแดด จะกลับเป็นสีฟ้าอย่างเดิม

เพชร (Diamond)
เพชรสีเหลือง สีน้ำตาล และไม่มีสี ที่นำมาทดลอง ส่วนใหญ่ไม่พบการเปลี่ยนแปลง เมื่อ 2 เม็ด ที่เดิมเป็นสีเหลืองน้ำตาล มีสีอ่อนลงหลังจากฉายรังสี 15 ชั่วโมง เม็ดที่มีสีน้ำตาลมีสีเข้มขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากเพชรที่ใช้ทดลองมีขนาดเล็ก จึงสังเกตสีได้ยาก จึงควรมีการทดลองในเรื่องนี้เพิ่มขึ้นอีก ถ้ามีกระบวนการที่สามารถลดสีเหลืองในเพชรลงได้ จะทำให้มีราคาสูงขึ้นมาก แต่จะมีผลเสียอย่างยิ่ง ถ้าการเปลี่ยนแปลงนั้นไม่ถาวร

 

การทดลองด้วยเทคนิคอื่น

การใช้ความร้อนและความเย็น (Heating and chilling:) จากการที่มีผู้ทำการทดลองจำนวนมาก โดยใช้ทั้งความร้อนสูงประกอบกับการยิงด้วยรังสีเอกซ์ เพื่อทำให้ได้ผลที่ถาวรมากขึ้น แต่ส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลที่น่าพอใจมากนัก
Sapphires ที่ให้ความร้อนสูงกว่า 300 oC ขณะที่กำลังฉายรังสี จะทำให้รังสีไม่สามารถเปลี่ยนสีพลอยที่ลึกลงไปได้ เมื่อใช้อุณหภูมิต่ำลงจนถึง 100 oC การเปลี่ยนสีจะเกิดได้ลึกลงไปมากขึ้น ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้ จะได้ผลเช่นเดียวกับอุณหภูมิห้อง การใช้ความเย็นโดยจุ่มลงในกาซเหลวก่อนการเข้าฉายรังสี ให้ผลเช่นเดียวกับการทำที่อุณหภูมิห้อง

การใช้ไฟฟ้า (Electrical tests) จากการทดลองใช้สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแรงสูง ไม่พบการเปลี่ยนแปลงของสีใน sapphires แต่พบว่าในสนามไฟฟ้าแรงสูง ทำให้มีค่าการนำไฟฟ้า 5.5 microamperes แต่การเปลี่ยนแปลงนี้ จากการตรวจสอบพบว่า เกิดขึ้นเนื่องจากการไอออไนซ์ของอากาศ ระหว่างแผ่นที่ป้อนไฟฟ้าศักย์สูง ไม่ได้เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของเม็ดพลอย เนื่องจากให้ผลเช่นเดียวกัน เมื่อนำเม็ดพลอยออกไปจากตำแหน่งที่ทดลอง
การจางลงด้วยแสงหรือความร้อน (Fading by light and/or heat) จากการทดสอบการจางลงของสีเมื่อได้รับแสงแดด โดยเร่งให้เร็วขึ้นด้วยการใช้หลอดไฟแสงอาทิตย์ (sunlamp) Westinghouse Mazda-Type RS 275 W โดยวางเม็ดพลอยห่างจากหลอดไฟ 6 นิ้ว พบว่ามีค่าความเข้มของแสงที่ได้รับ 1 ชั่วโมง เทียบเท่ากับการได้รับแสงแดดตอนเที่ยงวันของฤดูร้อน ที่เส้น latitude เดียวกับกรุงนิวยอร์ก เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากการทดสอบโดยใช้หลอดรังสีเหนือม่วง (ultraviolet germicidal lamp) และรังสีใต้แดง (infra-red) พบว่า มีการจางลงน้อยมาก ในกรณีของ sapphires ฉายรังสี การวางไว้ภายใต้หลอดไฟแสงอาทิตย์ ทำให้สีที่เกิดขึ้นจางลงเกือบทั้งหมด และเมื่อทดสอบกับ sapphires สีเหลืองตามธรรมชาติ โดยใช้วิธีการเดียวกับที่ทำให้พลอยฉายรังสีจางลงจนไม่มีสี พบว่า พลอยธรรมชาติมีการจางลงน้อยมาก แต่ในกรณีของพลอยที่มีสีเดิมเป็นสีเหลืองอ่อนอยู่แล้ว การจางลงจะเกิดขึ้นช้ากว่าพลอยที่เดิมไม่มีสี การให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 300 oC เป็นเวลา 5 นาที สามารถทำให้พลอยฉายรังสี กลับคืนเป็นไม่มีสีได้ แต่ไม่สามารถทำให้ พลอยสีเหลืองตามธรรมชาติ แต่อาจทำให้จางลงได้เล็กน้อย การฉายรังสีเอกซ์เป็นเวลาที่นานมากขึ้น ไม่มีผลต่อระดับความลึกที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสี หรืออัตราการจางลงของสี แต่จะมีความแตกต่างเกิดขึ้นในพลอยแต่ละเม็ดที่ทำการทดลอง

คุณภาพของรังสีเอกซ์ (X-ray quality effects) จากการทดสอบผลของคุณภาพของรังสีเอกซ์ต่อสีของพลอย พบว่าในกรณีของ spodumene ที่มีการเปลี่ยนเป็นสีเขียวใส ตามการทดลองด้านบน ให้สีที่มีความเข้มมากกว่าวิธีอื่น ที่ให้สีเทาเขียว ในกรณีของ kunzite ซึ่งฉายรังสี โดยใช้หลอด Machlett Thermax ที่ศักย์ไฟฟ้า 155 PKV กระแส 8 MA เป็นเวลา 30 นาที ให้สีเขียวเช่นเดียวกับการทดลองนี้ หลังจากการเรืองแสงเป็นเวลา 1 ชั่วโมง และสำหรับ spodumene หลอดที่ใช้ศักย์ไฟฟ้าสูง จะให้รังสีที่เข้าไปในเม็ดพลอยลึกกว่า ทำให้ได้สีที่มีความเข้มมากกว่า

sapphire สีเหลืองที่ฉายด้วยรังสี จากหลอด 125 PKVX10 MA เป็นเวลา 10 นาที แล้วฉายรังสีอีก 30 นาที ด้วย 150 PKVX8 MA ให้สีอำพัน ซึ่งบางครั้งมีสีเข้มกว่าการใช้หลอด AEG-50 แสดงถึงรังสีที่เกิดจากการใช้ศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า สามารถเข้าไปในเม็ดผลึกได้มากกว่า ทำให้ได้พลอยที่มีสีส่ำเสมอมากกว่า


ตารางที่ 1 ผลการทดลอง

ชนิดของแร่
องค์ประกอบ
สีเดิม
สีที่เปลี่ยน
เวลาฉายรังสี
การเรืองแสง
Spodumene (kunzite) LiAlSi2O6
ม่วง
เขียว
5 นาที - 1.25 ชั่วโมง ส้ม
Spodumene (Brazil) LiAlSi2O6
ขาว
เขียว
10 นาที บางส่วน
Spodumene (Madagascar) LiAlSi2O6
ขาว
เขียว
5 นาที – 4 ชั่วโมง ส้ม
Beryl (aquamarine) Be3Al2Si6O18
ฟ้าอ่อน
เขียวอ่อน
41 ชั่วโมง ไม่มี
Beryl Be3Al2Si6O18
ขาว
น้ำตาลอ่อน
16 ชั่วโมง ไม่มี
Beryl (morganite) Be3Al2Si6O18
ชมพู
ชมพูขุ่น
1 ชั่วโมง ไม่มี ความร้อนทำให้สีหมดไป
Corundum (Ceylon) Al2O3
ขาว - ฟ้า
เหลือง - เขียว
5 นาที ไม่มี
Corundum (Australia) Al2O3
ฟ้า - ขาว
น้ำตาลอ่อน - ฟ้า
5 ชั่วโมง ไม่มี
Corundum (Ceylon) Al2O3
เหลืองอ่อน
อำพัน
10 นาที ไม่มี
อ่อนลง เมื่อได้รับแสงแดด 5 ชั่วโมง
Corundum (Ceylon) Al2O3
ฟ้าม่วง
อำพัน
10 นาที ไม่มี
Corundum (Ceylon) Al2O3
ม่วง
อำพัน
23 ชั่วโมง ไม่มี
ไม่เปลี่ยน แม้จะฉายรังสี เป็นเวลานาน
Corundum (Ceylon) Al2O3
ฟ้าเทา
อำพัน
10 นาที ไม่มี
Corundum สังเคราะห์ Al2O3
ฟ้า
แดง
ชมพูอ่อน
เขียว
ชมพู
ขาว
เขียวอ่อน
ไม่เปลี่ยน
แดงอำพัน
อำพันขุ่น
แดงอำพัน
น้ำตาลอ่อน
2 ชั่วโมง
2 ชั่วโมง
15 ชั่วโมง
10 นาที
5 ชั่วโมง
1 ชั่วโมง
ไม่มี
ไม่มี
ไม่มี
ไม่มี
ไม่มี
ไม่มี
Corundum (Ceylon) Al2O3
ชมพูอ่อน
อำพัน
10 นาที เรืองแสงสีเหลือง
Tourmaline Complex silicate
ชมพู
ม่วงแดง
10 ชั่วโมง ไม่มี
Tourmaline Complex silicate
เขียวเข้ม
ม่วงแดง
8.5 ชั่วโมง ไม่มี
Tourmaline Complex silicate
เขียวอ่อน
เหลืองอ่อน
1.5 ชั่วโมง ไม่มี
Quartz SiO2
ขาว
เทา
1 ชั่วโมง ไม่มี
Quartz SiO2
ม่วง
ม่วงเข้ม
15 ชั่วโมง ไม่มี
Quartz SiO2
น้ำตาล
ม่วง
5 ชั่วโมง ไม่มี
Topaz Al2SiO4.(F,OH)2
ขาว
ม่วงน้ำตาล
15 นาที ไม่มี
Topaz Al2SiO4.(F,OH)2
ฟ้าอ่อน
น้ำตาลม่วง
1.5 ชั่วโมง ไม่มี
Topaz Al2SiO4.(F,OH)2
ฟ้าอ่อน
อำพัน
27 นาที ไม่มี
Topaz Al2SiO4.(F,OH)2
น้ำตาลอ่อน
น้ำตาลเทา
15 นาที ไม่มี
Topaz Al2SiO4.(F,OH)2
เหลืองน้ำตาล
อำพัน
15 นาที ไม่มี
Topaz Al2SiO4.(F,OH)2
ชมพู
ส้มน้ำตาล
15 นาที ี ไม่ม
Diamond C
ขาว
ขาว
4.5 ชั่วโมง ไม่มี
Diamond C
เหลืองอ่อน
เหลืองใส
19 ชั่วโมง ไม่มี
Diamond C
น้ำตาลอ่อน
น้ำตาลเทา
19 ชั่วโมง ไม่มี
Diamond C
เหลือง
เหลือง
19 ชั่วโมง ไม่มี เปลี่ยนสีเล็กน้อยบางกรณี
Spinel MgAl2O4
เทาฟ้า - แดง
เข้มมากขึ้น
0.5 ชั่วโมง ไม่มี
Phenakite Be2SiO4
ขาว
เหลืองน้ำตาล
40 นาที อ่อน
Apatite Ca5(F,Cl)(PO4)3
เขียว
เหลืองเขียว
1 ชั่วโมง ไม่มี
Fluorite CaF2
เหลือง - ฟ้า
ฟ้า - ไม่เปลี่ยน
10 นาที ไม่มี ส่วนสีเหลืองเปลี่ยนเป็นสีฟ้า ขนานกับหน้าผลึก
Opal SiO2.nH2O
ไม่มีสี
ไม่เปลี่ยน
20 ชั่วโมง ไม่มี
Opal SiO2.nH2O
ส้ม
ไม่เปลี่ยน
18 ชั่วโมง ไม่มี
Scapolite Complex silicate
ขาว
ม่วง
10 นาที ไม่มี
Scapolite Complex silicate
เหลือง
เทาม่วง
10 นาที - 1.5 ชั่วโมง ส้ม
Brazilianite Na2Al6P4O14.4H2O
เหลือง
เข้มขึ้น
1.5 ชั่วโมง ไม่มี
Simpsonite Al10Ta6O20
เหลืองน้ำตาล
ไม่เปลี่ยน
40 นาที ไม่มี
Dioptase H2CuSiO4
เขียว
ไม่เปลี่ยน
1 ชั่วโมง ไม่มี
Hackmanite nNaAlSiO4.NaNaSO4
ขาว
แดงสด
10 นาที เรืองแสงสีส้ม
Cancrinite (Ca,NaH)CO3.3NaAlSiO4
ขาว
ฟ้า
10 นาที ไม่มี
Lapis Lazuli Complex Na silicate
ฟ้า - ขาว
ฟ้ามากขึ้น
2 ชั่วโมง ไม่มี
Zircon ZrSiO4
น้ำตาล
ไม่เปลี่ยน
--
ไม่มี
Zircon ZrSiO4
ฟ้า
เทามากขึ้น
--
ไม่มี
Chrysoberyl BeAl2O4
เหลือง
ไม่เปลี่ยน
0.5 ชั่วโมง ไม่มี
Oligoclase Na, Ca aluminum silicate
ขาว
ส้ม - เขียว
1 ชั่วโมง เรืองแสงสีเขียว- ขาว

ถอดความจาก
EXPERIMENTS IN X-RAY IRRADIATION OF GEM STONES
FREDERICK H. POUGH, The American Museum of Natural History, New York City,
AND T. H. ROGERS, Machlett Laboratories, Inc., Springdale, Connecticut.
เวบไซต์ http://www.minsocam.org