head.gif (21430 bytes)

Индикатор малоазотных алмазов

                                                                                                                                                            Engl

1. Назначение

                Индикатор малоазотных алмазов (ИМА) представляет собой компактное автономное устройство, предназначенное для отбора кристаллов типа IIa из природного сырья или бриллиантов, в частности, коричневых алмазов, пригодных для высокотемпературной обработки при высоком давлении с целью их обесцвечивания. В группу отбора входят и кристаллы алмаза с коричневыми оттенками цвета типа IIb и IaB1, которые также пригодны для термобарической обработки, но встречающиеся крайне редко.

2. Принцип действия

                Принцип действия прибора состоит в регистрации интенсивности проходящего через тестируемый кристалл луча коротковолнового ультрафиолетового излучения и основан на существенном различии в поглощении этого излучения азотными и безазотными алмазами. Кристаллы типа IIa (с небольшим содержанием азота) и IIb (малоазотные с примесью бора) практически прозрачны для ультрафиолетовых длин волн вплоть до границы собственного оптического поглощения вблизи 225 нм. А в кристаллах типа Ia в зависимости от содержания примесного азота в виде А-дефектов или В2-дефектов («плейтелитс») сплошная полоса поглощения начинается от более длинноволнового вторичного края поглощения вблизи 320 или 280 нм, соответственно. В кристаллах типа IaB1 существуют узкие полосы поглощения излучения, непосредственно примыкающие к фундаментальной границе.

                В устройстве используется источник узконаправленного ультрафиолетового излучения – светодиод с длиной волны 265 ± 10 нм. Излучение этого диапазона поглощается в указанных азотных природных кристаллах алмаза и не испытывает существенного поглощения в малоазотных алмазах и кристаллах типа IaB1.

Регистрация проходящего через кристалл луча осущестляется фотодиодом с повышенной спектральной чувствительностью в коротковолновой области ультрафиолета.

3. Конструктивные особенности


                Общий вид устройства представлен на фотографии одного из вариантов конструктивного его исполнения с размерами корпуса прибора: 140 × 100 × 50 мм3, фиг. 1.

                                               

 Фиг. 1. Вид устройства с измерителем выходного напряжения.  

На крышке корпуса прибора располагается рабочий столик, в центре которого имеется небольшое отверстие для направленного ультрафиолетового излучения. Тестируемый кристалл алмаза должен помещаться на столик, полностью перекрывая указанное отверстие. Воспринимающий световой луч фотодиод закреплен в головке специального держателя, во время работы он подносится к предполагаемому месту выхода луча из кристалла с нужного направления. Например, для бриллианта классической бриллиантовой огранки проходящий через кристалл луч может отклоняться от вертикали на угол более 10º, как показано на рисунке, фиг. 2 б).

 

                       

Фиг. 2. Варианты расположения фотодиода относительно оси симметрии светодиода в устройстве при тестировании различных кристаллов алмаза: а) – алмаза с плоскопараллельными гранями, б) – бриллианта классической круглой огранки; θ – угол отклонения проходящего сквозь бриллиант ультрафиолетового луча (при указанном положении кристалла он составляет ~ 10,2°). На рисунке схематически изображены: 1 – светодиод, 2 – диафрагма рабочего столика, 3 – тестируемый кристалл, 4 – фотодиод.

Электрический сигнал от фотодиода подается на преобразующий усилитель, расположенный в корпусе прибора. На крышке прибора имеются клеммы аналогового выхода усилителя, к которым для измерения напряжения постоянного тока в диапазоне до двух вольт можно подключать обычный мультиметр, предподчительно имеющий функцию запоминания максимального значения напряжения за время измерения.

                Особенностью прибора является наличие светового индикатора – светодиода красного цвета, свет от которого появляется в специальном отверстии на крышке прибора в случае, если тестируемый кристалл принадлежит к нужному нам типу. При этом сигнал от фотодиода на выходе усилителя должен превысить 50 мВ – регулируемую точку срабатывания триггера Шмитта. (Эта точка устанавливается во время предварительной калибровки прибора с использованием эталонных кристаллов алмаза или других материалов.)

                На передней панеле корпуса прибора находятся два выключателя. Один из них предназначен для включения светодиода, другой используется в схеме питания преобразующего усилителя фотодиода. В обеих схемах используются гальванические батарейки напряжением 9 вольт. Расчетное время постоянной работы элементов питания до их замены составляет около 500 часов.

4. Порядок работы

                4.1. Расположить прибор в затемненном месте.

4.2. Подключить к клеммам выходного напряжения прибора измеритель напряжения и включить его. Входное сопротивление измерителя должно быть не менее 3 кОм.

                4.3. Поместить на столик прибора тестируемый кристалл алмаза, полностью закрывая центральное отверстие. (Кристалл может иметь произвольную форму и размеры.)

4.4. Поднести держатель фотодиода к поверхности кристалла на близкое расстояние, не касаясь его поверхности.

4.5. Включить питание светодиода и электрической цепи фотодиода. Включить функцию измерения максимального значения напряжения в измерителе выходного напряжения (если такая функция имеется).

                4.6. Изменяя положение держателя с фотодиодом над кристаллом и считывая показания вольтметра, определите, проходит ли излучение через кристалл. Параллельно, вне зависимости от показаний вольтметра, появление света в световом индикаторе на крышке прибора будет свидетельствовать о том, что прохождение луча света зафиксировано.

                4.7. Полностью выключите прибор.

                4.8. Тестирование следующего кристалла начните с пункта 4.3.

5. Дополнительные возможности

                В качестве принадлежности прибор имеет съемный колпак рабочего столика. Колпак имеет осевое отверстие для крепления держателя фотодиода и боковое окошко для размещения тестируемых кристаллов алмаза на столике. Общий вид устройства с этим дополнительным конструктивным элементом представлен на фотографии, фиг. 3.

 

                                  Фиг. 3. Вид устройства с колпаком рабочего столика.

В варианте с фиксированным положением фотодиода проводится регистрация лучей ультрафиолета, проходящих через кристалл только вблизи вертикального направления. Вариант удобен для тестирования кристаллов природного сырья с округлыми гранями или кристаллов с искусственно выполненными параллельными внешними поверхностями.

6. Пример преимущественного использования ИМА


                Индикатор малоазотных алмазов может использоваться для предсказания результатов применения технологии высокотемпературной обработки коричневых кристаллов алмаза при высоком давлении, HPHT-процесса. Метод отбора гарантирует близкий к 100%  результат последующей термобарической обработки кристаллов алмаза. Ниже на фотографиях, фиг. 4 и фиг. 5, представлены в качестве примера протестированные группы азотных и малоазотных кристаллов до и после такой обработки.

 Фиг. 

4. Результат термобарической обработки азотных кристаллов алмаза.

              

                     Фиг. 5. Результат термобарической обработки малоазотных кристаллов алмаза.

Группы коричневых кристаллов алмаза, представленные на фотографиях, внешне похожи, но легко и быстро различаются с помощью переносного компактного прибора ИМА.

6. Известные аналоги

                К аналогам можно отнести «Тестер безазотных алмазов», организация-разработчик – НИИ прикладной физики Иркутского госуниверситета, и «SSEF детектор качества алмазов с SSEF облучателем» Швейцарского Геммологического Института. Указанные приборы имеют значительные габариты, поскольку в качестве источника ультрафиолетового излучения используется ртутная лампа тлеющего разряда (основная линия 254 нм).

7. Техника безопасности

                Прибор не требует применения особой техники безопасности.  Ультрафиолетовые диоды серии 265 нм применяются для очистки воды, воздуха и поверхностей, не генерируют озона и паров ртути, используются для фототерапии. Запрещается смотреть в отверстие источника излучения на столике прибора. Хранить прибор следует, защищая его от пыли.

Contact person: Dr. Valentin Ryzhov ( ryzhov@hppi.troitsk.ru )

bottom.gif (4643 bytes)

~ About HPPI ~ Scientific divisions ~ Scientific activities ~ Our products ~
~ Office of the director ~