Николай Юшкин - Оптический флюорит

Термолюминесценция.Такой же сложный характер имеют кривые термовысвечивания флюорита, для которого зафиксировано множество центров захвата и высвечивания на различных дефектах. Термовысвечивание кристаллов CaF 2происходит в широком спектральном диапазоне от 300 до 800 нм и состоит из серии полос и линий различной интенсивности, принадлежащих к различным активаторам. В процессе нагревания образца излучение происходит вначале в видимой области спектра, а при дальнейшем повышении температуры, когда высвобождаются электроны из более глубоких энергетических ловушек, преобладающим становится ультрафиолетовое излучение. Каждому активатору соответствуют свои линии и полосы излучения, проявляющиеся при тех или иных температурах. В результате на кривой термовысвечивания в определенных температурных интервалах наблюдаются максимумы свечения, природа которых иногда имеет сложный многоцентровой характер.

Природа центров захвата электронов и центров свечения по кривым и максимумам термолюминесценции не может быть установлена. Эти данные получают с помощью методов спектроскопии, в частности электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Термолюминесценция в системе CaF 2, содержащей примеси TR, представляет собой рекомбинационный процесс, так как центры свечения (TR 3+) и центры захвата (дефекты термического и примесного происхождения) пространственно разделены. Во флюорите установлены следующие основные центры захвата и свечения.

Центр O - — TR 2+. Это дипольный центр, возникающий в результате изоморфных замещений иона Ca 2+ионами TR 3+с компенсацией избыточной валентности ионом кислорода. При возбуждении происходит переход электрона с O 2-на TR 3+; обратный же переход сопровождается излучением иона TR в интервале температур 130-150° С (рис. 6).

Центр YO 0 2. Он образуется при изоморфном замещении Y 3+ → Ca 2+и локализации двух ионов O 2-в соседних вакансиях F. Образующийся комплекс Y 3+ — O 4- 2в результате облучения захватывает дырку и может рассматриваться как молекула YO 0 2. Запасенная этими центрами световая энергия в природных образцах высвечивается обычно через ионы-активаторы — Mn 2+или TR 3+в области 200-220° С.

Центр TRO 0 2Дырочный центр, аналогичный YO 0 2. Чаще всего встречается в кристаллах флюорита, образовавшихся в сильно окислительных условиях. С ним связан максимум термовысвечивания при 330° С.

Центр TR 2+. Устойчивые центры на двухвалентных ионах редкоземельных элементов образуются в условиях, когда часть свободных дырок локализована на глубоких уровнях захвата, что сдерживает их миграцию по кристаллу и соответственно препятствует переводу иона TR 2+в трехвалентное состояние. Наиболее устойчивыми двухвалентными ионами во флюорите являются Eu 2+, Yb 2+, Sm 2+, Dy 2+. В связи с тем, что энергия их термической ионизации достаточно большая, максимумы термовысвечивания располагаются в области высоких температур (~400°С). В природных кристаллах в области 200—250° С наблюдались пики высвечивания на ионах Nd 2+, Er 2+, Ho 2+.

Взаимосвязи конституционных особенностей и физических свойств флюорита, главные из которых мы рассмотрели в этой главе, позволяют прогнозировать свойства кристаллов и, наоборот, по оптическим показателям судить о кристаллохимии исследованных кристаллов флюорита.

Широкий путь флюоритовой оптике в современную технику открыл природный флюорит. На рубеже XIX—XX вв. оптики обратили внимание на этот уникальный минерал и стали вводить детали, выточенные из природных флюоритовых кристаллов, в оптические приборы. Но история использования человеком оптических свойств флюорита, в первую очередь прозрачности и разнообразной яркой окраски, уходит в более далекие, древние времена.

Плиний Старший в своей знаменитой «Естественной истории» рассказывает о муриновых вазах, поражающих красотой и очень высоко ценившихся; полагают, что они были выточены из флюорита. Великолепные, но, к сожалению, не очень прочные и дожившие до наших дней только в отдельных экземплярах изделия из флюорита делали мастера Саксонии и Гарца в Германии.

Флюоритовые изделия находят в древних могильниках. Недавно, например, венгерские археологи, раскапывая захоронения X—XI столетий в окрестностях Секешфехервара (округ Фейер), обнаружили браслет и ожерелье, собранные из фиолетовых флюоритовых бусинок. Каждая бусинка имеет бочонковидную форму, на нее с величайшей точностью нанесено 12 плоских граней и просверлено ровное отверстие для нанизывания на шнурок. Флюорит для изделий брался неподалеку — из флюоритовой жилы в горах Веленце [Orsolya, 1976].

Благодаря богатой палитре окрасок флюорит издавна использовался ювелирами для имитации драгоценных минералов [Здорик, 1975; Смит, 1980] и даже имел специальные названия: фальш-топаз, фальш-сапфир, фальш-рубин, фальш-аметист. Но из-за низкой твердости ценность флюорита как самоцвета невелика. Однако в качестве декоративного материала для изготовления украшений и различных изделий флюорит использовался с большим успехом. В одном из музеев Лондона находится декоративная ваза, целиком изготовленная из «Синего Джона».

Такое название получил флюорит из Дербишира (Англия) благодаря красивому рисунку и яркой пурпурной или синей с желтыми полосами окраске.

Очень красив зеленый флюорит из Намибии. Он известен под названием «африканский изумруд». В Швейцарских Альпах (Сен-Готард) найдены красные — «рубиновые» кристаллы флюорита. В 1850 г. Дж. Раскином Британскому естественноисторическому музею были подарены замечательные розовые октаэдры флюорита из Шамони.

Пробовали делать флюоритовые поделки и в России; во всяком случае, еще один из основоположников отечественной минералогии В. М. Севергин писал в 1807 г. о флюорите: «Можно его шлифовать и полировать и выделывать из него разные вещи». Да и в наши дни флюорит широко используется как поделочный камень; особенно славятся в этом отношении текстурно многообразные и удивительные по разнообразию окраски флюориты забайкальских месторождений — Горсонуйского, Калангуйского, Солнечного, Усугли, Авагайтуйского [Юргенсон, 1971].

Флюорит был одним из первых минералов, привлекших внимание ученых. Он упоминается под названием «флюоре» в минералогическом трактате Б. Валентинуса (конец XV в.), в «Диалоге о металлах» Агриколы (1529) и описывается во всех последующих лапидариях и минералогических сочинениях. Он входит в минералогическую науку как один из важнейших ее объектов.

У знаменитого немецкого художника А. Дюрера (1471—1528 гг.) есть прекрасная гравюра «Меланхолия», на которой изображен огромный октаэдрический многогранник, выколотый из кристалла флюорита.