• เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเชิงเส้น (เครื่องเร่งอิเล็กตรอนพลังงานสูง, 10 และ 20 MeV, 20kW)

รังสีที่เอามาใช้งานคือ   อิเล็กตรอนและ เบรมส์สตราลุง

• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยขนาด 2 MW รังสีที่เอามาใช้งานคือ   นิวตรอนและแกมมา

• แหล่งกำเนิดรังสีแกมมาแบบไอโซโทป( Co-60, Cs-137) รังสีที่เอามาใช้งานคือ แกมมา

รูปแสดงแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาแบบไอโซโทป

เครื่องเร่งอิเล็กตรอนพลังงานสูง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยและต้นกำเนิดรังสีแกมมา ถูกใช้เป็นผลสำเร็จในกิจกรรมด้านอัญมณี ต้นกำเนิดรังสีดังกล่าวมีความแตกต่างกันอย่างมากทั้งคุณสมบัติและการติดตั้ง 

ดังนั้นงานทางด้านการฉายรังสีจะต้องมีสภาวะเหมาะสมกับต้นกำเนิดรังสีนั้นๆผลของการฉายจะขึ้นอยู่กับ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของตัววัสดุเองและเงื่อนไขต่างๆ ของต้นกำเนิดชนิดนั้นๆด้วย
คุณสมบัติของวัสดุ: ของเหลว  แก๊ส  อินทรีย์  อนินทรีย์  สารที่เป็นเนื้อเดียวกัน  สารที่เป็นของผสม

การทำอันตรกิริยาของรังสีต่อวัสดุตัวกลาง
    แสงที่ตามองเห็น(VisibleLight): สามารถส่องผ่านตัวกลางที่โปร่งแสงถูกดูดกลืนทั้งหมดหรือบางส่วนหรือสะท้อนกลับ

ช่วงพลังงานของ Visible light มีความสัมพันธ์กับอะตอมหรือโครงสร้างผลึกที่ขึ้นกับวงรอบอิเล็กตรอน  โดยเห็นเป็นสี
    Less energetic light (LR):  ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอะตอมและmoleculesคล้ายกับแสง
    More energetic light (UV):  ทำให้เกิดการแตกตัวและการทำลายใน molecules
    Higher energetic light :เริ่มต้นจากรังสีเอ็กซ์(X-Rays)ถึงรังสีแกมมา (Gamma-Rays) ไอโซโทปCs-137 (พลังงาน 660 keV)

และ Co-60(พลังงาน 1.3MeV) สามารถเปลี่ยนโครงสร้างผลึกของอัญมณีบางชนิดที่ช่วงแสงที่ตามองเห็นมีผลให้เกิด

การเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลหรือสีดำมีบางกรณีจะเปลี่ยนเป็นสีแดงหรือเหลือง มีหลายกรณีสีที่เปลี่ยนแล้วไม่เสถียรเมื่อโดนแสงแดด

    รังสีประเภทคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic radiation) : เครื่องเร่ง Van De Graff , Microtrons และเครื่องเร่งอนุภาค

อิเล็กตรอนแบบเชิงเส้น ให้พลังงานมากและมีความเข้มสูงเครื่องเร่งVanDeGraff(ช่วงพลังงานMeVและมีช่วงกระแสmA)

 ปัจจุบันเลิกใช้แล้วเนื่องจากตัวเครื่องและการเดินเครื่องมีราคาแพงเมื่อเทียบกับเครื่องเร่งชนิดอื่นๆ

    ไมโครตรอน(Microtrones): แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ที่บีมเพาเวอร์ไม่สูงนัก

(1kW, 25MeV)
      เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเชิงเส้น(Electron Linacs): เป็นเครื่องเร่งที่ประหยัดมากที่สุด โดยปกติออกแบบ

สร้างที่สามารถปรับเปลี่ยนพลังงาน 1 หรือ 2 ช่วงและมีบีมเพาเวอร์สูง (10 และ 20 MeV, 10-20kW)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์(Nuclear Reactor)เป็นแหล่งกำเนิดรังสีที่ให้นิวตรอนพลังงานต่ำ(slow neutron)และนิวตรอน

พลังงานสูง(fast neutron)   อันตรกิริยาของนิวตรอนพลังงานต่ำกับสสารใดๆ มีความสำคัญมาก ตัวอย่างเช่น การจับ

ยึดนิวตรอน(Neutron capture) จะสลายตัวให้รังสีบีตาและอะตอมนิวไคลด์จะถูกเปลี่ยนเป็นธาตุอื่นเช่นจาก
Al เป็น Si ,  จาก Si  เป็น P
Al(n, g, e+)Si    
Si(n, g ,e+)P
จากอันตรกิริยานี้มีความสำคัญต่อการผลิตโทแพซสีฟ้า(Blue Topaz)

 การฉายรังสีอัญมณี
ไม่มีทฤษฏีทางวิทยาศาสตร์ แต่ความชำนาญในการฉายรังสีเป็นศิลปะซึ่งสามารถรวบรวมเป็นตำรับสำหรับอัญมณี

ชนิดต่างๆ    อัญมณีบางชนิดสามารถเปลี่ยนสีได้ง่าย แต่บางชนิดก็ยุ่งยากซับซ้อน

ตัวอย่าง การใช้ประโยชน์

                   

• รังสีแกมมาจาก Co-60ให้ผลดีกับ เบริล(Beryl), ทัวร์มาลีน(Tourmaline), ควอตซ์(Quartz), คุนไซต์(Kunzite)

เบริล(Beryl)	ทัวร์มาลีน(Tourmaline)
ควอตซ์(Quartz)	คุนไซต์(Kunzite)

• เครื่องเร่งอิเล็กตรอน 20 MeV, 10 MeV (สีฟ้าอ่อน) ให้ผลดีกับโทแพซ(Topaz)  อย่างเดียว

Sky Blue Topaz	Sky Blue Topaz

• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัย ฉายรังสีในแกนเครื่องปฏิกรณ์(นิวตรอนพลังงานต่ำและแกมมา)   ให้ผลดีกับโทแพซ

(Topaz)และ เพชร(Diamonds)

London Blue Topaz	เพชร (Diamonds)

• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัย  ฉายรังสีนอกแกนเครื่อง(นิวตรอนพลังงานสูง) บวกด้วยการฉายด้วยเครื่องเร่ง

อิเล็กตรอนสำหรับ โทแพซ(Topaz)  อย่างเดียว

Swiss Blue Topaz	Swiss Blue Topaz

• การเผา ทำให้สีของอัญมณีเปลี่ยนหรือมีความเข้มเพิ่มขึ้น
• การเผาภายใต้ความดันสูง  เหมาะสมกับ(ทับทิม และแซฟไฟร์)

ตัวอย่าง  เมื่อเพิ่มคุณค่าโดยการใช้รังสีแกมมาจาก Co-60  หรือ Cs-137  ให้ผลดีสำหรับ เบริล(Beryl) เปลี่ยนสีจากสีใสเป็น Bright yellow, Tourmaline เปลี่ยนเป็นสี deep red, Quartz เปลี่ยนเป็นสี brown ที่รู้จักในชื่อ smoked topaz  สำหรับเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเชิงเส้นให้ผลที่คล้ายคลึงกันความแตกต่างของการฉายรังสีจากไอโซโทป

รังสีและเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเชิงเส้นคือไอโซโทปรังสีให้แกมมาพลังงานเดี่ยว ส่วนเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเชิงเส้นจะให้สเปกตรัมเบรมส์สตราลุงแบบต่อเนื่อง

การเพิ่มคุณค่าของโทแพซ
ขั้นตอนการเตรียมการสำหรับทำ London blue
ในแกนเครื่องปฏิกรณ์(InCore):
London Blue : ฉายรังสีในแกนเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 2-15 MW (แบบเปียกในบ่อเครื่องปฏิกรณ์ใช้เวลา 8-30 ชม) นิวตรอนพลังงานต่ำหรือเทอร์มัลนิวตรอน หลังการฉายรังสี ต้องทิ้งอัญมณีไว้ให้กัมมันตภาพรังสีสลายตัวอย่างน้อย 3 ปี

                                              

นอกแกนเครื่องปฏิกรณ์(OffCore):
Swiss Blue และ Sky Blue : ภาชนะ(ใช้โบรอนคัดกรองนิวตรอนพลังงานต่ำ)  บรรจุโทแพซในภาชนะภายใต้ความกดอากาศ

ที่ความดัน 2  บาร์  ใช้เวลาในการฉาย 11 วัน   สีเปลี่ยนจาก faint  yellow  เป็นสี light green  หลังการฉายรังสี มีกัมมันตภาพรังสีต่ำและพบไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตยาวน้อยมาก  สีจะเสถียรที่อุณภูมิสูงไม่เกิน 200 องศาเซลเซียส  ระหว่างการฉายรังสีจะเกิดความร้อนจำเป็นต้องหล่อเย็นตลอดเวลาในการฉาย    ใช้เวลาในการสลายตัวของ

รังสีประมาณ 2-3 เดือนหลังจากการฉายรังสีแล้ว  หลังจากนั้นฉายด้วยเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเชิงเส้น

ที่พลังงาน 20 MeV ปริมาณรังสี(Doses) ประมาณ 30 kGy(3 Giga rad)
Swiss blue: ใช้สองวิธีร่วมกันฉายรังสีด้วยเครื่องปฏิกรณ์นอกแกนบวกด้วยการฉายรังสีด้วยเครื่องเร่ง

อีเล็กตรอนบีมขนาด 20 MeV   ยิงเข้าที่อัญมณีที่ถูกห่อหุ้มด้วยกล่องอลูมิเนียม  ความหนา 0.5-1 มิลลิเมตร

ปริมาณรังสีที่ใช้ในการฉายอยู่ในช่วง 10 Giga rad    รูปทรงของภาชนะบรรจุใช้กล่องแบนความหนา 30 มิลลิเมตร

  ฉายบีมแบบกวาดที่ 1Gy  เป็นเวลา 1 ชั่วโมง   น้ำหนักโทแพซ 1 กิโลกรัม ใช้เพาเวอร์ 28 kW
สำหรับเครื่องเร่งอีเล็กตรอนบีม 20 MeV  ใช้กระแสไฟฟ้าที่ 1.5 mA หลังการฉายรังสีจะมีกัมมันตภาพรังสีต่ำ

ประเภทค่าครึ่งชีวิตสั้น

Swiss blue Topaz	Sky  blue Topaz