Татьяна Здорик - Приоткрой малахитовую шкатулку

Кристаллы корунда в породе (Урал)

Символы власти, олицетворение богатства и могущества — это драгоценные прозрачные корунды и сапфиры. Незаменимые абразивы для обработки твердых веществ (твердость 9) — простые породообразующие корунды. Но это лишь начало перечня их внедрения в нашу жизнь: это и камни в часах, и опоры осей в весах, даже оптические линзы. (Такую линзу из рубина упоминает ал-Бируни; в 1827 г. Причард сделал линзы для микроскопа из светлого сапфира.)

Есть у корундов и еще одно замечательное свойство: при всей своей твердости они оказались необычайно «податливы» на синтез. Синтез рубина первая осуществленная мечта алхимиков. Их получают очень много. Самый удачный и принятый сейчас метод Вернейля был открыт еще в 1891 г. Вкратце его суть заключается в том, что химически чистую окись алюминия в виде тончайшей пудры с необходимыми добавками разных хромофоров обрабатывают пламенем гремучего газа. Температура пламени выше +2000 °C. Окись алюминия расплавляется и каплями падает на дно печи, в которое вставлена «затравка» — маленький, заранее выращенный кристалл корунда. Постепенно, капля за каплей, вырастает длинненький цилиндрик на ножке — булька.

Такие бульки или були (они похожи на бутылочку, стоящую на горлышке) выращивают самых разных цветов: с хромом — рубины, с титаном и железом — сапфиры, с железом и марганцем — оранжевые корунды типа падпараджи, с ванадием и хромом — красивый восточный аметист. Добавка кобальта и ванадия дает глубокий зеленый цвет, а одного только ванадия придает корунду «александритовый» эффект.

Метод Вернейля не получил бы столь широкого развития только ради синтетических самоцветов, если бы не оказалось, что плотная структура корунда, великолепно воспроизводимая синтезом, — идеальная основа для производства лазеров. Лазеры, или оптические квантовые генераторы, сравнительно новая «специальность» рубинов. Это сложные приборы, которые могут быть источниками света очень большой яркости. Первые рубиновые лазеры светили ярче миллиона солнц. Сейчас советские ученые могут создавать рубиновые лазеры, которые светят ярче триллионов солнц. Солнце это необычное, оно излучает короткие вспышки только красного цвета, больше того, цвет его очень чистый, или, как говорят физики, монохроматический: если пропустить его через призму, то он не превратится в вытянутую красную полоску, с одного края которой будет оранжевый цвет, а с другого пурпурный, а так и останется узкой малиновой полоской.

Другая особенность этого излучения — направленность. Лазер дает направленный луч света, более направленный, чем самый лучший прожектор. Если поставить на пути луча короткофокусную линзу, то в ее фокусе можно получить в воздухе маленькую искру, плавить и испарять любые твердые вещества, даже сталь, алмаз. Именно прибор, подобный лазеру, описал еще в 1924 г. А. Н. Толстой в своем научно-фантастическом романе «Гиперболоид инженера Гарина», хотя, естественно, идея и конструкция прибора оказались отличной от сегодняшнего лазера. Общее у них — узкий, почти не расходящийся с расстоянием луч света, обладающий огромной энергией.

Главное в лазере — рубиновый стержень, но не всякий рубин годен для лазера. Это должен быть, во-первых, светлый, розовый рубин с незначительной примесью хрома (примерно 0,005 %), во-вторых, абсолютно прозрачный для красного света, в-третьих, без примесей.

В природе таких кристаллов не найти. Поэтому первой задачей при создании рубинового лазера было получение кристалла с заданными свойствами. Кристаллы, годные для лазеров, получили лишь незадолго до появления самих приборов.

Рубиновый лазер, созданный в 1960 г., был первым твердотельным лазером. Прошло меньше 20 лет, но уже известны десятки различных материалов, позволяющих создавать лазеры, генерирующие в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра. Однако и сейчас рубин — самый лучший твердотельный лазер, излучающий в видимом диапазоне.

Но лазеры при всем их разнообразном применении в технике не единственная специальность синтетических рубинов и сапфиров. Во времена ал-Бируни сквозь рубиновую линзу разбирали тончайшую вязь рукописных фолиантов; Причард в начале XIX в. применил сапфировую оптику, чтобы глубже внедриться в микромир. Сегодня сапфировая оптика вновь входит в жизнь. Хотелось бы вам заглянуть в автоклав, где «булькает», движется расплав, где синтез кристаллов происходит при температуре в несколько сот градусов и давлении 20 — 30 атмосфер? Теперь такое стало возможным. Это позволяет сделать сапфировый глазок — иллюминатор, вмонтированный в автоклав. Ученые института кристаллографии АН СССР научились выращивать синтетические сапфиры, о каких Гарун-ар-Рашид не мог и помыслить! Их масса не караты и граммы, а 3, 4, 5 кг! Ученые мечтают о сапфировых иллюминаторах батискафов для изучения океанских глубин. Скоро на магистралях столицы засверкают сапфировые светильники из синтезированных трубчатых монокристаллов.

В процессе синтеза этих новых кристаллических веществ оказалось, что многие из них очень красивы — они ярко сверкают, незначительные добавки хромофоров придают им очень чистые и оригинальные окраски. Так родилось специальное направление физики твердого тела — синтез новых кристаллических веществ, способных конкурировать по красоте с природными самоцветами, — алмазоподобных иттриевых гранатов (гранатитов) и целой радуги фианитов.

Кроваво-красные камни традиционно олицетворяли полноту мирской власти, сверкая в королевских коронах Европы и знаменитых регалиях русских царей. Веками считалось, что самые яркие рубины в сокровищнице Британии. Самый крупный из них — «Тимур-рубин» в 361 карат. Лишь немногим уступает ему второй по величине крупный самоцвет — «Черный принц». Их величина, пурпурно-красная, насыщенная и абсолютно равномерная окраска уникальны. Своеобразная форма «Тимур-рубина», сохранившего природную огранку и лишь слегка приполированного по граням, не имеет аналогов. Других таких рубинов нет в мире. Они столь превосходны и необычны, что возникло сомнение: а рубины ли это?

Результат экспертизы исторических камней британской короны оказался поразительным: самый большой рубин мира — «Тимур-рубин» не рубин! «Черный принц» не рубин! Не рубины, а лалы — благородная шпинель; похожий, очень похожий, но совсем другой минерал. Такой же самоцвет — яркая рубиновая шпинель в 256,2 карата — сверкает во французской короне. Большую императорскую корону, хранящуюся в Алмазном фонде СССР и выполненную для коронации Екатерины II в 1762 г. из ажурных серебряных полушарий, сплошь унизанных алмазами (4936), венчает темно-красная шпинель в 398,7 карата. Этот камень входит в число семи исторических камней Алмазного фонда.