Все о минерале кварц.

Было обнаружено, что некоторые поставляемые промышленностью высококачественные синтетические кварцы обладают синей люминесценцией под действием ионизирующих излучений при низких температурах (Alonso и др., 1983). При возбуждении кварца с помощью импульсного источника электронов с энергией 500 кэВ при температуре 4,2 К некоторые исследователи обнаружили испускаемое излучение с энергией около 2,7 эВ (463 нм). Это же возбуждение вызывает кратковременное поглощение света с длиной волны 215 нм. Сходная, сохраняющаяся после возбуждения полоса поглощения в ультрафиолетовой области приписывалась влиянию дефектов — кислородных вакансий. В статье указывается на существование трех перекрывающихся линий с различными температурами гашения и максимумами при 440, 425 и 380 нм. Термическое гашение этих линий происходит соответственно в интервалах 120-160, 170-210 и 220-270 К. Полосу при 380 нм можно уничтожить интенсивным облучением электронами при комнатной температуре или с помощью электродиффузии в атмосфере водорода. Полагают, что эта полоса возникает в результате рекомбинации электрона и дырки, расположенных вблизи скомпенсированного примесью щелочи иона алюминия. Происхождение полос при 440 и 425 нм неизвестно. Считается, что эти наблюдения могут лечь в основу отборочных испытаний блоков кварца, предназначенных для устройств с точной регулировкой частоты.

Ионы трехвалентного алюминия замещают ионы четырехвалентного кремния. Для восстановления электрического баланса требуются ионы щелочных металлов (например, одновалентного натрия) или водорода. Считается, что природный кварц в большинстве случаев содержит алюминий, и для того чтобы кристалл приобрел окраску, необходимо наличие в нем неспаренных электронов. Когда кварц с такой примесью, как алюминий, подвергается облучению рентгеновскими или гамма-лучами (с таким же успехом можно пользоваться облучением нейтронами или любым другим видом лучистой энергии, близким к энергии радиоактивного распада), один из спаренных электронов может быть вырван из своей позиции в ионе кислорода, сосуществующего с ионом алюминия. Это приводит к появлению неспаренного электрона и образованию дырочного центра окраски. Электрон, который был вырван под влиянием облучения, оказывается захваченным другой позицией в кристалле, но он не вызовет дополнительного поглощения света. Однако если кристалл нагреть, то перемещенный электрон приобретает подвижность Р и может вернуться в свою первоначальную позицию. Это достигается при достаточно низких (например, 400°С) температурах. Поскольку все электроны оказываются спаренными, дырочные центры окраски уже не могут существовать и кристалл теряет свою дымчатость. Независимо от того, происходит ли облучение в лабораторных условиях или в геологической обстановке, его результат один и тот же. После нагревания дымчатость можно снова вызвать повторным облучением.

Халцедоны содержат 90 99% кремнезема, некоторое количество воды, а также примеси оксидов AI и Fe. Более высокие содержания кремнезема характерны для светлоокрашенных или молочных разностей, красноватые и коричневые имеют высокое содержание Fc203. Обнаружено присутствие гидроксила (ОН), которые может входить во внутреннюю структуру волокон: большая часть воды может быть удалена при нагревании до 100°С. Потеря воды сопровождается снижением показателя преломления и удельного веса.

В статье Фрондела (Frondel, 1982) обсуждается вопрос о структурном характере гидроксила в халцедоне. Как показали исследования методами инфракрасной спектроскопии и рентгенографии, халцедоны, а также природные стекла, кремни и агаты содержат (ОН) в определенных позициях атомной структуры; кроме того, установлено несколько типов неструктурной воды, которая может сохраняться на поверхности волокон и в порах. Было обнаружено, что концентрическая зональность халцедонов сопровождается изменением межплоскостных расстояний, измеренных по рентгенограммам, что указывает на вариации состава. Содержание структурного (ОН) в волокнах халцедонов изменяется от зоны к зоне; это наблюдается как в природных, так и в синтетических кристаллах, характеризующихся такими же типами спектров, что и халцедон. Зоны, богатые (ОН), быстрее протравливаются, дают линии с меньшими дифракционными углами на рентгенограммах, имеют пониженные показатели преломления и белеют при прокаливании до температур 550 600°С. Такие разновидности халцедона, а также образующиеся при низких температурах вместе с халцедоном кристаллы горного хрусталя и аметиста, а также кристаллы синтетического кварца имеют специфические инфракрасные спектры поглощения в интервале от 3200 до 3600 см-1 (2778-3125 нм). Для природного кварца, образовавшегося при более высоких температурах, спектр в этом интервале имеет другой вид. Механизм вхождения структурного (ОН) различен для этих двух типов кварца, что, по-видимому, зависит от содержания в них алюминия. Волокнистая природа низкотемпературного кварца может определяться содержанием (ОН) и его влиянием на дислокации.