Are Irradiated Gemstones Dangerous?

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Out of all of the gemstone treatments currently on the market, there is one treatment that always raises questions. That treatment is irradiation.

When the word “irradiation” is whispered, the first thing that springs to mind is: is it safe? Good news: yes it is. We will explore why gemstones are irradiated and what the NRC (Nuclear Regulatory Commission) does to ensure your safety.

The gemstone that has caused the most much discussion is blue topaz. Since the 1980s, this gemstone has routinely undergone irradiation to give it the blue color we all know and love. There are two methods for irradiating blue topaz, and they both involve types of nuclear reactors.

The first method is to use a stream of electrons to induce the color. The second method is to use a stream of neutrons.

While the electron method produces topaz that does not pose a hazard to humans, topaz treated with the neutron method can continue to emit radiation for years. After extensive research from various bodies including the NRC, rigorous checks have been put in place to ensure all neutron-irradiated blue topaz that comes to market is safe to handle.

What Gemstones Are Commonly Irradiated?

The list below gives examples of the gemstone colors that can be achieved with irradiation. This is not a complete list and other color variations are available.

Topaz: Colorless before treatment. Blue after treatment.
Diamond: Colorless to Green / Blue
Pearls: Light color to Gray-Blue
Quartz: Colorless / Yellow / Pale Green to Brown / Amethyst / Smoky / Rose
Tourmaline: Colorless to Yellow / Brown / Pink / Red

Irradiation Processes

There are three main ways to irradiate gemstones. Each method uses a different facility and can have different effects on gemstones.

Neutron Bombardment – Use of a nuclear reactor
Electron (Beta) Bombardment – Use of an accelerator
Gamma Radiation – Use of a cobalt-60 facility (these facilities are commonly used to sterilize medical equipment)

The irradiation process can be thought of in terms of balls. The neutron method fires large tennis balls at the subject to induce the color. The electron method uses tiny balls to fire at the subject. Gamma radiation uses microscopic balls with huge amounts of energy to induce color.

Does Irradiation Make The Gemstone Radioactive?

The longer a gemstone is exposed to irradiation the more chance of the stone becoming radioactive. The reason why gemstones become radioactive is if impurities within the gemstone become active. Stones treated with either electron or neutron irradiation will remain radiaoactive for a period of time. Stones treated with gamma radiation will not become radiactive.

For stone treated with electron irradiation the radiation level of the material that comes out of the reactor is generally deemed safe to handle by the NRC. Even still there are strict guidelines in place to ensure that the Topaz is set aside for a number of months. Remember that radiation decays over time so if the stones are safe to handle straight out of the reactor they are safe to handle once they come to market.

Neutron radiation takes a longer period to become safe. According to the NRC the average time for freshly neutron irradiated Topas to become safe is 12 – 24 months.

How Much Radiation Will I Be Exposed To?

Radiation is everywhere. It is a natural part of life and we actually can’t live without it. Let's do some quick comparisons. Radiation is measured by millirem or Radiation Absorbance Dose.

A 6-carat topaz worn for a year (assuming the radiation level is at the maximum the NRC deems safe) = 0.03 millirem

Now, let's compare that to some other common things, all based on 1-year exposure.

Porcelain Crown or False Teeth = 0.07 millirem (2.3x that of Topaz)
Chest X-ray = 10 millirem (333x that of Topaz)
Food and Water (yes, even these have natural radiation) = 30 millirem (1,000x that of Topaz)
Trans Atlantic Flight = 2.5 millirem (83x that of Topaz)
Watching TV = 1 millirem (33x that of Topaz)

How Does Irradiation Cause Color?

This is a very complex subject, so let's break it down with some examples. We'll explain the two ways gemstones get their color: chromophores (impurities) and color centers (defects).

Chromophores

Chromophores are impurities in minerals that cause color.

Take sapphire for example. Pure sapphire is clear. Add in titanium as an impurity and it turns blue. Add in iron, it turns yellow. Add chromium, it turns pink. Add iron and chromium, you get orange/pink (padparadscha).

This is the most common way gems get their color. So, if you want to enhance a sapphire, you can diffuse titanium to it (through surface diffusion) and create a bluer stone.

Color Centers (Defects)

Now, let's look at diamonds. All diamonds are pure carbon. So, how do they have pink diamonds, yellow diamonds, and red diamonds? The answer: a color center. This is a defect in the crystal structure of the gem, and this defect causes color.

If you take kunzite, topaz, hiddenite, or diamond and try to cause a defect in the crystal lattice, you will induce a color.

How do you cause a defect? You smash the atoms inside the crystal. This is where the electron radiation and neutron radiation come in. You literally smash the gem with radiation to cause a defect that induces color.

Is The Color Permanent?

These defects can be fixed by applying energy to the gem. In the case of kunzite, this energy is in the form of UV radiation from the sun. The energy from the sun repairs the crystal structure and removes the pink color from the gem.

You will see plenty of hiddenite in the market that has been irradiated. It has a color center induced, causing the green color. This color is sensitive to sunlight just like kunzite.

However, the color in topaz and tourmaline, for example, is stable. The process for creating the blue color in topaz involves irradiating the gemstone, then heating it. This heating process actually stabilizes the color, creating a gem that will not fade or deteriorate over time.

Some of the brown topaz you will see is the result of electron radiation. If this topaz is heated, it will turn blue and stabilise the color. However, a few years ago someone decided they would Irradiate topaz. But, when it turned brown with an orange tinge, they decided not to heat it to turn it blue but sell it as Imperial Topaz. Sites like Gem Rock Auctions do not allow these types of stones to be sold as Imperial Topaz.

Now that you know how safe irradiated gemstones are, it is time to decide if you really want to wear those false teeth. After all, would you rather have a set of false teeth or twice the number of topaz gemstones?

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Diamond

Pearls

Topaz

Tourmaline

Tra tutti i trattamenti con pietre preziose attualmente sul mercato esiste un trattamento che solleva sempre delle domande. Quel trattamento è l'irradiazione. Quando le parole "irradiazione" vengono sussurrate, la prima cosa che mi viene in mente è "è sicuro"? La buona notizia è sì, lo è. Esploreremo perché le pietre preziose vengono irradiate e cosa farà la NRC (Nuclear Regulatory Commission) per garantire la tua sicurezza.

La pietra preziosa che ha causato così tante discussioni è il topazio blu. Dagli anni '80 questa gemma ha subito l'irradiazione per dargli il colore blu che tutti conosciamo e amiamo. Esistono due metodi per irradiare il topazio blu. Entrambi coinvolgono tipi di reattori nucleari. Il primo è usare un flusso di elettroni per indurre il colore, l'altro è usare un flusso di neutroni. Mentre il metodo dell'elettrone produce topazio che non rappresenta un pericolo per l'uomo, il neutrone topazio può continuare a emettere radiazioni per anni. Dopo un'approfondita ricerca da parte di vari organismi, inclusi i rigorosi controlli NRC, sono stati messi in atto per garantire che tutti i topazi blu irraggiati con neutroni che arrivano sul mercato siano sicuri da gestire.

Quali pietre preziose sono comunemente irradiate?

L'elenco seguente fornisce un esempio dei colori che è possibile ottenere con l'irradiazione. Questo non è un elenco completo e sono disponibili altre varianti di colore.

Topazio (incolore prima del trattamento. Blu dopo il trattamento)
Diamante (da Colorles a Verde / Blu)
Perle (da colore chiaro a grigio-blu)
Quarzo (incolore / giallo / da verde pallido a marrone / ametista / affumicato / rosa)
Tormalina (da incolore a giallo / marrone / rosa / rosso)

Processi di irradiazione

Esistono tre modi principali per irradiare le pietre preziose. Ogni metodo utilizza una struttura diversa e può avere effetti diversi sulle pietre preziose.

Bombardamento di neutroni - Uso di un reattore nucleare
Bombardamento di elettroni (Beta) - Uso di un acceleratore
Radiazione gamma - Uso di una struttura di cobalto-60 (queste strutture sono comunemente utilizzate per sterilizzare apparecchiature mediche)

Il processo di irradiazione può essere pensato come una palla. Il metodo dei neutroni spara grandi palle da tennis sul soggetto e induce il colore. Il metodo dell'elettrone usa palline minuscole per sparare al soggetto. Le radiazioni gamma utilizzano sfere microscopiche con enormi quantità di energia per indurre il colore.

L'irradiazione rende radioattiva la pietra preziosa?

Più a lungo una gemma viene esposta all'irradiazione, maggiori sono le possibilità che la pietra diventi radioattiva. Il motivo per cui le pietre preziose diventano radioattive è se le impurità all'interno della pietra preziosa diventano attive. Le pietre trattate con irradiazione di elettroni o neutroni rimarranno radiaoattive per un periodo di tempo. Le pietre trattate con radiazioni gamma non diventeranno radianti.

Per le pietre trattate con irraggiamento di elettroni, il livello di radiazione del materiale che fuoriesce dal reattore è generalmente considerato sicuro da gestire dal NRC. Anche ancora ci sono linee guida rigorose in atto per garantire che Topaz venga messo da parte per un certo numero di mesi. Ricorda che le radiazioni decadono nel tempo, quindi se le pietre sono sicure da maneggiare direttamente dal reattore, sono sicure da maneggiare una volta arrivate sul mercato.

Le radiazioni di neutroni impiegano più tempo per diventare sicure. Secondo l'NRC, il tempo medio per la sicurezza di Topas appena irradiati con neutroni è di 12-24 mesi.

A quanta radiazione sarò esposto?

Le radiazioni sono ovunque. È una parte naturale della vita e in realtà non possiamo vivere senza di essa. Facciamo alcuni confronti rapidi. La radiazione viene misurata in millirio o dose di assorbimento di radiazione.

Un topazio 6ct indossato per un anno (supponendo che il livello di radiazione sia al massimo che l'NRC ritenga sicuro) = 0,03 millennio

Consente di confrontare alcune altre cose comuni (tutte basate su un'esposizione di 1 anno)

Corona di porcellana o denti falsi = 0,07 millerium (2,3x quella di topazio)
Radiografia del torace = 10 millerium (333x quella del topazio)
Cibo e acqua (sì, anche con radiazioni naturali) = 30 millerium (1.000 volte quello di topazio)
Trans Trans Atlantic Flight = 2,5 millerium (83x quello di Topaz)
Guardare la TV = 1 millennio (33 volte quello di Topazio)

In che modo l'irradiazione causa il colore?

Ovviamente questo è un argomento molto complesso ma cerchiamo di spiegarlo. Spiegherò i due modi in cui le pietre preziose ottengono il loro colore. Cromofori (impurità) e centri di colore (difetti). Eccoci qui

Cromoforo. Questo è quando un minerale ha impurità che causano il colore. Prendi Sapphire per esempio. Lo zaffiro puro è chiaro. Aggiungi Titanio come impurità e diventa blu. Aggiungi in ferro diventa giallo. Aggiungi Chromium diventa rosa. Aggiungi ferro e cromo e ottieni arancione / rosa (padparascha). Questo è il modo più comune in cui le gemme ottengono il loro colore. Quindi, se vuoi migliorare uno zaffiro, puoi diffondere il titanio allo zaffiro e creare una pietra più blu (diffusione della superficie).

Ora diamo un'occhiata a Diamond. Tutti i diamanti sono in puro carbonio. Quindi come hanno diamanti rosa , diamanti gialli e diamanti rossi ? La risposta. Un centro di colore. Questo è un difetto nella struttura cristallina della gemma. Questo difetto provoca colore.

Quindi, se prendi Kunzite, Topazio, Nascosto, Diamante e cerchi di indurre un difetto nel reticolo cristallino, indurrai il colore.

Come si causa un difetto? Rompi gli atomi all'interno del cristallo con qualcosa. Qui entra in gioco la radiazione elettronica e la radiazione neutronica. Rompi letteralmente la gemma con radiazioni per causare un difetto che causa il colore.

Il colore è permanente?

Questi difetti possono essere riparati applicando energia alla gemma. Nel caso della Kunzite, questa energia è sotto forma di radiazione UV dal sole. L'energia del sole ripara la struttura cristallina e rimuove il colore rosa dalla gemma.

Vedrai un sacco di Hiddenite irradiato sul mercato che è stato irradiato. Ha un centro di colore indotto che provoca il colore verde. Questo colore è sensibile alla luce solare proprio come la Kunzite.

Il colore in Topazio e Tormalina per esempio è stabile. Il processo per creare il colore blu in Topazio prevede l'irradiazione della pietra preziosa e il successivo riscaldamento. Questo processo di riscaldamento stabilizza effettivamente il colore e crea una gemma che non si sbiadirà o non si deteriorerà nel tempo.

Alcuni dei topazi marroni che vedrai sono il risultato della radiazione elettronica di topazi. Se questo topazio viene riscaldato, diventa blu e stabilizza il colore. Tuttavia, alcuni anni fa qualcuno ha deciso che avrebbe irradiato il topazio, ma quando è diventato marrone con una sfumatura arancione hanno deciso di non riscaldarlo e renderlo blu, ma di venderlo come topazio imperiale. Siti come Gem Rock Auctions non consentono la vendita di questi tipi di pietre come topazio imperiale.

Ora che sai quanto sono sicure le pietre preziose irradiate, è tempo di decidere se vuoi davvero indossare quei denti falsi. Dopo tutto preferiresti una serie di denti finti o il doppio del numero di gemme di topazio.