Irradiação gama (60Co) homogênea e seletiva em quartzo rosa visando o design de materiais gemológicos

Abstract

O quartzo é um mineral abundante na crosta terrestre e pode ser valorizado através do design. A cor é um importante elemento de design e algumas gemas são incolores ou possuem cores e tonalidades pouco atrativas, necessitando de tratamento para serem revalorizadas. O intuito desta pesquisa é usar o recurso tecnológico da irradiação industrial para estudar parâmetros desse processo, a fim de gerar contribuições aos desenvolvedores de materiais gemológicos exclusivos e diferenciados ou de joias de arte (design autoral). Para isso, foram realizados experimentos com fonte panorâmica de Cobalto-60 estocada a seco, com aproximadamente 33398,34 TBq de atividade. Foram selecionadas variedades de quartzo de diferentes regiões brasileiras a fim de gerar materiais bicolores para futuro estudo do desenvolvimento de desenhos pela técnica de irradiação seletiva. A pesquisa foi dividida em duas etapas: 1) A primeira etapa consistiu no desenvolvimento de diretrizes, seleção de materiais e experimentos piloto. Foram testados principalmente variedades de quartzo provenientes do Rio Grande do Sul, 2) A segunda etapa consistiu na irradiação homogênea e seletiva do quartzo rosa de Águas vermelhas-MG e rosa-pálido límpido de Pedra Lavrada-PB. Com relação à irradiação homogênea, foi estudada a variação de tonalidade de cor obtida após a irradiação em amostras com diferentes espessuras e dose mínima e máxima da irradiação para alteração cromática; já com relação à irradiação seletiva, foi estudada a relação da espessura de amostras de chumbo para atenuação da irradiação, contraste de tonalidade resultante da atenuação, espessura de fresta entre as amostras de chumbo, afastamento da amostra em relação à atenuação provocada pelo chumbo, altura do experimento em relação à fonte de irradiação e sobreposição de doses para o desenvolvimento de efeito estético “xadrez”. A irradiação seletiva foi realizada através da atenuação da radiação gama com amostras de diferentes espessuras de chumbo, 20, 10, 5 e 3 cm. As espessuras das fatias polidas de quartzo para visualização da cor foram de 2 mm e 4 mm. Os resultados foram analisados por sistema de cores hue, saturation e brigh (HSB) de modo experimental, por espectrometria no Infravermelho (FTIR) e na região de luz visível (UV-Vis). Nesta pesquisa pôde-se destacar alguns parâmetros para a irradiação seletiva do quartzo rosa-pálido de Pedra Lavrada, PB, pois as outras variedades de quartzo não apresentaram aspectos tão interessantes.

Quartz is an abundant mineral in the earth's crust and can be enhanced by design. The color is an important design element and some gems are colorless or have unattractive colors and shades, requiring treatment to be enhanced. Among various ways to change or improve the color of a gem, gamma irradiation Cobalt-60 has been approved in the world trade. The purpose of this research is to use the installed resources of Brazilian industrial irradiation, to study parameters of this process to apply in design, in order to generate contributions to develop unique gemological materials or art jewelry (authorial design). For this, experiments were conducted with a dry stored panoramic source of Cobalt-60, with approximately 33,398.34 terabecquerel (TBq) activity. Different quartz varieties of several Brazilian regions were selected in order to produce bi-colored materials, for development of future drawing studies by selective irradiation techniques. The research was separated into two stages: 1) The first step was the development of guidelines, materials selection and pilot experiments, being tested mainly quartz varieties from Rio Grande do Sul, 2) The second step was of homogeneous and selective irradiation of massive pink quartz of Águas Vermelhas-MG and clear pale pink quartz of Pedra Lavrada-PB. In the homogeneous irradiation studies, the variation in shade obtained after irradiation (in different thicknesses of samples) and maximum and minimum dose of radiation to color change was analyzed; In the selective irradiation, it was studied the relation between the thickness of lead samples to the radiation attenuation, the final color tone contrast attenuation, thickness gap between the lead samples, the sample distance from the lead, in relation to the radiation attenuation, elevations of the experiment samples relative to the irradiation source, and overlapping doses to the development of a “chess” aesthetic effect. Selective irradiation was performed through the attenuation of gamma radiation with lead samples of thickness of, 10, 20, 5 and 3 cm. The thicknesses of quartz polished slices for color visualization was of 2 mm and 4 mm. The results were analyzed by experimental color systems that include hue, saturation and bright (HSB) analysis, by Infrared (FT-IR) and visible light region (UV-Vis) spectrometry. In this research it was possible to point out some parameters for selective irradiation of pale pink quartz of Pedra Lavrada-PB, once the other quartz varieties tested did not present such interesting results.