Драгоценные камни группы корунда

Основу этой группы камней составляет минерал корунд, который в химическом отношении является чистой окисью алюминия (Al₂O₃), состоящей из 53,2% алюминия и 46,8% кислорода. Удельный вес равен 3,95-4,1.

Кристаллы корунда отличаются большой твердостью и в этом отношении уступают только алмазам. Месторождения сплошного корунда в природе встречаются редко, обычно он входит в качестве составной минеральной части в различные горные породы. Некоторые из этих пород, так называемые наждачные породы, содержащие большое количество корунда в виде наждака, используются в абразивной промышленности. Наждачные породы первого сорта содержат более 50% корунда в виде зерен от 2 до 5 мм. Высококачественные корундовые породы и концентраты корунда (искусственно обогащенный корундом материал) используются в качестве исходного сырья в абразивной промышленности при изготовлении шлифовальных порошков и шлифовальных кругов. Корундовые порошки с очень малой величиной зерна употребляются для шлифовки драгоценных камней, различного рода металлических изделий и стекла - линз, призм и т. п. Шлифовальные порошки с более крупным размером зерен используются при обработке цветных поделочных камней, употребляемых в строительстве для декоративных целей.

Корундовые порошки используются также при изготовлении жерновов для помола пшеницы, ржи и других зерновых культур.

В химической промышленности на корундовых жерновах измельчают различные минеральные вещества, используемые в качестве исходного сырья при производстве минеральных красок, удобрений для сельского хозяйства и т. п.

В бумажной промышленности корундовые порошки идут на изготовление специальных камней - дефибреров, употребляемых для помола древесины и приготовления из нее древесной массы, используемой при изготовлении бумаги.

Чистые кристаллы корунда, не имеющие посторонних примесей, бесцветны и прозрачны. Но обычно корунд бывает окрашен в разнообразные цвета, в зависимости от различного рода примесей, присутствия тех или иных красителей - хромофоров. Так, например, в присутствии хрома корунд окрашивается в красный цвет (рубин), а в присутствии железа и титана возникает синяя окраска (сапфир), тогда как ванадий и кобальт придают корунду зеленую окраску. В качестве драгоценных камней используются только прозрачные, бесцветные или равномерно окрашенные разновидности корунда. В зависимости от окраски различают следующие разновидности корунда: лейкосапфиры - бесцветные, сапфиры синего цвета, рубины красного цвета, "восточные топазы" - желтого цвета, "восточные аметисты" - фиолетового цвета, "восточные изумруды" - зеленого цвета, "восточные хризолиты" - оливкового цвета, "астериксы" или "звездчатые корунды", в которых при рассматривании их на свет в некоторых положениях появляются в виде сияния шестилучевые звезды. Это явление называется астеризмом и объясняется присутствием в кристаллах очень мелких иголочек минерала рутила, состоящего из окиси титана (TiO₂).

Однако из всех видов драгоценного корунда в ювелирном деле особенно ценятся рубин и сапфир. Огранка этих камней производится при помощи алмазного порошка.

Все коренные месторождения драгоценных корундовых разновидностей связаны с магматическими породами. Рубины образуются "а границе соприкосновения известняков и пород гранитной магмы, а сапфиры обнаруживаются главным образом в пегматитах. Промышленное значение имеют не коренные месторождения, а главным образом россыпи.

Рубин. Среди драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза. Некоторые образцы рубина, отличающиеся особой чистотой и красотой окраски, ценятся даже дороже лучших алмазов такого же веса. Наиболее ценными считаются рубины, имеющие кровяно-красную и карминовокрасную окраску. Рубин с давних пор считается любимым камнем народов Индии, Бирмы и Индокитая, которые считают его священным. По древнему индийскому преданию, рубины образовались из капель крови, пролитой богами. И там, где упали капли крови этих богов, образовались прекрасные рубины. Рубин долго служил любимой метафорой в древней поэзии. Рубины украшают многие драгоценности, находящиеся в алмазном фонде СССР.

Рубину приписывали в старину целый ряд чудесных свойств. Многие верили, что тот, кто носит рубин при себе, "страшных и лихих снов не увидит", а кто носит рубин в перстне, "тот укрепит сердце свое и в людях честен будет".

В настоящее время рубин широко применяется не только в ювелирном деле, но и в промышленности, где он благодаря своей высокой твердости употребляется для тех же целей, что и алмаз; и в некоторых случаях успешно его заменяет, например при изготовлении часов, электросчетчиков и других точных приборов, в качестве подшипников с минимальным трением. По количеству установленных в часовом механизме рубиновых камней определяют даже качество часов. Необходимость установки твердых камней в механизмы точных приборов вызывается тем, что при этом улучшается точность работы механизма и увеличивается срок его службы, так как При этом значительно уменьшается трение между осями и опорами, а в связи с этим уменьшается и их износ.

Рубин нашел широкое применение также для изготовления фильер в карандашной промышленности при производстве графитовых стержней и в волочильном деле при изготовлении проволок стандартного диаметра.

Исследования физических свойств кристаллов рубина открыли перед этим чудесным камнем невиданные возможности для применения его в технике радиосвязи.

С помощью рубина можно получить интенсивный и остронаправленный пучок монохроматического, красного, света, в миллионы раз более яркий, чем соответствующие лучи солнечного спектра.

Развитие техники радиосвязи идет в направлении применения все более коротких электромагнитных волн, обеспечивающих увеличение чувствительности приема и количества возможной информации, передаваемой с одной радиостанции. В результате реализации нового принципа генерации и усиления радиоволн с помощью квантовых микросистем (атомов и молекул) для целей радиосвязи пытаются применить электромагнитные волны светового диапазона. Радиостанция, работающая на длинах волн, лежащих в области видимого света, сможет (при необходимости) вести одновременную передачу нескольких десятков тысяч телевизионных программ. Приборы, создающие мощные и направленные пучки света, можно использовать в технике наземной и космической связи для передачи различных сигналов, музыки, речи и телевизионных изображений с минимальными помехами и максимальной направленностью передаваемой информации, что особенно ценно для связи с космическими кораблями.

Впервые новый принцип генерации и усиления радиоволн был предложен в 1952 г. советскими учеными К. Г. Басовым и А. М. Прохоровым.

Использование квантовых генераторов позволило создать часы с исключительно точным ходом (погрешность 1 секунда за 300 лет). В принципе возможно построить еще более точные часы с погрешностью точности хода до одной секунды за десятки тысяч лет; такие часы будут незаменимы в космической навигации.

Первый квантовый генератор остронаправленных световых волн был создан в 1960 г. в США. За прошедший период этот генератор и сам метод получили широкую известность под названием "Ласер"^*. В качестве основной детали этого генератора используется искусственный кристалл рубина, изготовленный в форме стержня диаметром в 5 мм и длиной около 40 мм. Плоские и строго параллельные торцы рубина покрыты тонким слоем серебра, причем в центре одного из них для выхода луча оставлено очень маленькое отверстие. Подготовленный таким способом рубиновый стержень помещается в центре витков ртутной лампы, изготовленной в форме спирали.

^* (Название произошло от первоначальных букв названия прибора на английском языке (laser) - "light amplification by stimulated emission of radiation", что означает в переводе на русский язык - "усиление света посредством стимулированного излучения".)

При зажигании лампы на выходе из кристалла вспыхивает очень узкий и яркий красный луч. В первых опытах луч света, генерированный в Ласере, оказался в миллион раз более ярким, чем соответствующий луч солнечного спектра; он осветил на расстоянии 40 км круг диаметром в 60 м. Принцип действия Ласера основан на свойстве атомов и ионов любого простого вещества, элемента, поглощать и испускать строго определенными порциями - квантами электромагнитную энергию (в данном случае свет). Этот процесс связан с изменением энергетических уровней электронов, окружающих ядро атома или иона. При поглощении энергии (квантов света) электроны переходят на более высокий энергетический уровень (в этом случае атом возбужден), а при потере энергии, когда электроны в атоме переходят с высокого уровня энергии на более низкий, происходит обратный процесс - атомы испускают кванты света. Возбужденные атомы излучают кванты света определенной длины волны. Излучение может произойти само по себе или под воздействием попавших на них других квантов соответствующей энергии. При этом длина волны и направление распространения квантов, излучаемых атомами, будут соответствовать тем квантам, которые вызвали излучение. В рубине генераторами света являются ионы хрома, находящиеся в кристалле в небольшом количестве в качестве примеси. При облучении кристалла рубина лучами, исходящими от ртутной лампы, электроны ионов хрома начинают поглощать кванты света и из низшего уровня перемещаться на более высокие энергетические уровни, но в результате взаимодействия с электронами других окружающих ионов отдают им часть приобретенной энергии и стабилизируются на каком-то среднем энергетическом уровне. Возбужденные атомы не способны поглощать новые кванты света, они могут их лишь излучать. Если процесс излучения квантов атомами хрома начинает преобладать над процессом их поглощения, то в этом случае атомы данного вещества начинают работать как генераторы света.

Во всем этом процессе самым интересным является то, что на некоторых энергетических уровнях в возбужденных ионах электроны могут находиться неопределенно долго, до тех пор, пока какой-либо квант света соответствующей энергии, случайно возникший среди этих ионов или попавший на возбужденный ион со стороны, не вызовет массовый спонтанный сброс электронов на более низкий энергетический уровень и тем самым не "породит" массовое возникновение квантов света.

Этот процесс обусловливает принцип действия импульсных квантовых генераторов света, излучаемые ими волны согласованы по фазе, и их можно модулировать, т. е. накладывать на них сигналы для передачи полезной информации.

Квантовые генераторы света незаменимы для сверхдальней, космической связи, так как они могут обеспечить связь на многие миллиарды километров, на расстояния, которые свет проходит за несколько лет. В будущем таким способом можно будет, вероятно, осуществить радиосвязь и с другими мирами.

Сапфир. Сапфир был известен в глубокой древности и считался в Риме самым священным из всех камней. Жрецы бога Юпитера обязаны были носить его в перстне на руке. Сапфир бывает окрашен от темно-синего до бледно-голубого цвета. Лучшими сапфирами считаются те, которые имеют васильковый цвет. "Одни из них похожи на васильки в пшенице, другие на осеннее небо, иные - на море в ясную погоду. Это камень девственности - холодный и чистый" (А. И. Куприн).

Наибольший из известных сапфиров имеет вес немногим более 133 каратов.

Сапфир находит применение главным образом в ювелирном деле, так как его технические качества несколько уступают рубину и бесцветному корунду.