Драгоценный камень рубин является одной из разновидностей корунда — необычайно твёрдого минерала, уступающего по этому показателю лишь алмазу. В химическом отношении корунд представляет собой свободный глинозём — окись алюминия Al2O3. Сходный состав имеет самая обычная глина, грязь у нас под ногами. Составляющие его элементы одни из самых распространённых в земной коре. Но в корундах они образуют необычайно плотную кристаллическую решётку, которая строится из ионов алюминия и кислорода так, что ионы кислорода располагаются слой за слоем в плотнейшей гексагональной упаковке, как бильярдные шары в коробке, а между слоями кислорода помещаются ионы алюминия, заполняющие две трети всех имеющихся пустот. Это одна из самых совершенных и плотных структур минералов, известных науке.
В чистом виде корунд абсолютно бесцветен и прозрачен, но различные примеси могут очень существенно изменить его внешний вид. Сплошные массы невзрачного с виду корунда, иногда в сростании с магнетитом — это наждак, хорошо всем известный, как отличный инструмент для полировки и очистки поверхностей. Синие или голубые прозрачные кристаллы корунда когда-то получили имя сапфир. Со временем сапфирами стали называть почти все ювелирные разновидности корунда, в какие бы цвета его примеси не окрашивали. Сапфиры могут быть зелёные, жёлтые оранжевые чёрные…
Но одна из разновидностей цветного ювелирного корунда упорно сохраняет за собой собственное имя – рубин. Это – камень красного или розового цвета, но не всякий, а получивший такую окраску благодаря примеси хрома. В розовый оттенок кристаллы корунда может окрашивать, к примеру, примесь титана, и тогда его правильно называть розовым сапфиром.
От прочих красных драгоценных камней рубин отличается совершенно особой игрой света. В глубине освещённого солнцем камня вспыхивают светящиеся пятнышки. На первый взгляд - это отражается в гранях кристалла солнце, но на самом деле, рубин начинает светиться собственным светом. Под влиянием солнечных лучей, находящиеся в составе корунда атомы хрома ионизируются и начинают испускать слабое сияние. Если вы какое-то время продержите рубин на освещённом подоконнике, а затем зайдёте с ним в тёмную комнату, то в течении нескольких минут сможете наблюдать в его глубине тёплое мерцание, словно где-то там горит крохотная свеча. Возможно, именно с этим свойством минерала время от времени испускать собственное свечение связано давнее поверье, что рубин слегка меняет свой цвет, предупреждая хозяина об опасности. Кстати сказать, для того чтобы проделать такой опыт вполне годится искусственный рубин, полностью идентичный натуральному, но значительно более доступный.
Первый в мире искусственный рубин был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. Его создателем был французский ученый М. Вернель. Чтобы изготовить рубин он пропускал тонкой струйкой через кислородно-водородное пламя белую пудру окиси алюминия, полученную при прокаливании алюмо-аммиачных квасцов. Расплавленная окись капала на тугоплавкий стержень, на котором и кристаллизовалась в виде конусообразной прозрачной рубиновой капли. В XX в. способы получения искусственного корунда были значительно усовершенствованы. Работавшими в Советском Союзе инженером С. К. Поповым и академиком А. В. Шубниковым были созданы установки, на которых корунд полируется не алмазом, а пламенем и может выращиваться в виде тонких стержней. Таким образом можно синтезировать не только рубин. При помощи различных химических добавок создаются корунды таких расцветок, которые никогда не встречаются в природе. В современных лабораториях и на заводах растят рубины и сапфиры длиной до метра, весом в килограммы.
Ювелирные украшения с искусственными рубинами были очень популярны в СССР в 70-е — 80-е годы. Конечно, гораздо приятнее и престижнее носить в кольце настоящий природный камень, но по красоте, твёрдости и прочим свойствам рубин полученный в лаборатории ничуть не уступает натуральному. Однако, обеспечение граждан украшениями по доступной цене не было главной целью производства искусственных кристаллов. Как выяснилось — окрашенный хромом корунд является уникальным техническим материалом, применяемым для производства лазеров.
Ставшее столь привычным в наши дни слово «лазер» (laser) является аббревиатурой английского выражения light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света вынужденным излучением. Одно из существенных отличий лазера от обычных источников света заключается в том, что его излучение когерентно, т.е. пики и провалы всех его волн появляются согласованно, и эта согласованность остается неизменной в течение достаточно длительного времени. Вторая важная особенность лазерного излучения - монохроматичность, т.е. одноцветность; это значит, что от конкретного лазера исходят волны одной и той же длины. В свете большинства существующих источников обычно присутствуют все длины волн видимого спектра и соответственно все цвета, поэтому такой свет нам кажется белым.
Как известно, лучи света исходящие от обычной лампы расходятся радиально и быстро рассеиваются. Направление лучей в лазерном пучке почти параллельно. Пучок лазерных лучей диаметром 30 см был направлен на Луну, и образовал на ее поверхности световое пятно диаметром всего 3 км. Расстояние до Луны около - 386 000 км. Пройдя такой путь, свет от обычного прожектора дал бы пятно диаметром 402 000 км.
Существует целый ряд различных видов лазерных установок, но одним из наиболее востребованных современной наукой является так называемый рубиновый лазер.
Важнейшая деталь такой установки — рубиновый стержень, который представляет собой изготовленный из цельного рубина цилиндр с посеребрёнными торцами. Как уже говорилось, выше, содержащиеся в рубине атомы хрома при воздействии внешнего источника излучения могут сами испускать кванты (световые частички). Стержень находится под воздействием газосветной лампы. Покрытые слоем серебра торцы стержня служат зеркалами. Одно из них покрыто менее плотным слоем серебра, поэтому оно полупрозрачно и может, как отражать, так и излучать лазерный свет. Испускаемые атомами хрома частички света многократно отражаются между посеребренными зеркалами рубинового стержня и по пути вынуждают многие возбужденные атомы хрома испускать такие же кванты; процесс нарастает лавинообразно и заканчивается импульсом лазерного света. Из полупрозрачного торца цилиндра выходит мощный направленный пучок лучей.
В заключении не могу удержаться и не похвастаться, что огромные заслуги в разработке высокотехнологического оборудования из искусственных рубинов принадлежат моим землякам-харьковчанам. В Харьковском научно-исследовательском институте Монокристаллов были освоены методы выращивания корундовых деталей сложной конфигурации, не требующих никакой дополнительной доводки.
Автор: Наталья Беспалова
Путеводитель по каналу «Кот-учёный». 2021
Читателям, интересующимся историей техники, Кот рекомендует канал Сергея Мороза.
#камни #геология #химия #драгоценности #интересные факты
