Записки горного института, 2018, № 2

 

н а у ч н ы й  ж у р н а л

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
В.С.Литвиненко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, ректор  
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
 
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА  
В.Л.Трушко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ,  проректор по научной работе 
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)  

РЕДАКЦ ИОННАЯ КОЛЛЕ ГИЯ 

О.Е.Аксютин, д-р техн. наук, чл.-кор. РАН, член правления, начальник департамента (ПАО «Газпром», Москва, Россия) 
А.А.Барях, д-р техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, директор (Горный институт Уральского отделения РАН, Пермь, Россия) 
В.Н.Бричкин, д-р техн. наук, зав. кафедрой металлургии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Л.А.Вайсберг, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, председатель Совета директоров и научный руководитель (НПК «Механобр-техника», Санкт-Петербург, Россия) 
С.Г.Гендлер, д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
О.М.Ермилов, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, РАГН, зам. главного инженера по науке (ООО «Газпром добыча Надым» ПАО «Газпром», Надым, Россия) 
В.П.Зубов, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
М.А.Иванов, д-р геол.-минерал. наук, профессор, зав. кафедрой минералогии, кристаллографии и петрографии (Санкт-Петербургский горный университет,  
Санкт-Петербург, Россия) 
Г.Б.Клейнер, д-р экон. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заместитель директора (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия) 
Ю.Б.Марин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, чл.-кор. РАН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
С.С.Набойченко, д-р техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заслуженный деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой металлургии цветных металлов  
(Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия) 
М.А.Пашкевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)  
Т.В.Пономаренко, д-р экон. наук, профессор, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
О.М.Прищепа, д-р геол.-минерал. наук, академик РАЕН, управляющий директор (АО «ВНИГРИ», Санкт-Петербург, Россия) 
А.Г.Протосеня, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства горных предприятий и подземных сооружений (Санкт-Петербургский горный университет, 
Санкт-Петербург, Россия) 
М.К.Рогачев, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (Санкт-Петербургский горный университет, 
Санкт-Петербург, Россия) 
В.Е.Сомов, д-р экон. наук, канд. техн. наук, академик РАЕН, директор (ООО «Кинеф», Кириши, Россия) 
А.Г.Сырков, д-р техн. наук, профессор (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
А.Е.Череповицын, д-р экон. наук, профессор, зав. кафедрой организации и управления (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Я.Э.Шклярский, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой общей электротехники (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
В.А.Шпенст, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики и электромеханики (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Олег Анцуткин, профессор (Технологический университет, Лулео, Швеция) 
Хал Гургенчи, профессор (Школа горного машиностроения Квинслендского университета, Брисбен, Австралия) 
Волли Калм, доктор наук, ректор (Тартуский университет, Тарту, Эстония) 
Анджей Краславски, профессор (Лаппеенрантский технологический университет, Лаппеенранта, Финляндия) 
Эдвин Кроке, д-р наук, профессор (Институт неорганической химии Фрайбергской горной академии, Фрайберг, Германия) 
Илпо Мутикайнен, научный сотрудник химического факультета (Хельсинский университет, Хельсинки, Финляндия) 
Павел Власак, профессор, зав. кафедрой механики жидкостей и дисперсных сред (Институт гидродинамики Чешской академии наук, Прага, Чехия) 
Габриэль Вейсс, доктор наук, профессор, проректор по научной и исследовательской деятельности (Технический университет, Кошице, Словакия) 

Журнал индексируется наукометрической базой данных Web of Science Core Collection в указателе научных журналов Emerging Sources Citation Index (ESCI)

 

Журнал включен в базу данных Российского индекса научного цитирования (РИНЦ),  Научной электронной библиотеки http://elibrary.ru 

и в международную реферативную базу данных GeoRef 

 

Журнал включен Высшей аттестационной комиссией РФ в действующий Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, 
 в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук 

 

Журнал индексируется Международным междисциплинарным каталогом журналов открытого доступа DOAJ 

Разделы

•Геология    •Горное дело    • Нефтегазовое дело    • Металлургия и обогащение    • Электромеханика и машиностроение 

•Геоэкология и безопасность жизнедеятельности    •Геоэкономика и менеджмент  

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • 2018 

У ч р е д и т е л ь  С а н к т - П е т е р б у р г с к и й  г о р н ы й  у н и в е р с и т е т

Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-70453 от 20.07.2017
Лицензия ИД № 06517 от 09.01.02

Редакция:  начальник РИЦ В.Л.Лебедев;  редакторы:  Е.С.Дрибинская,  И.В.Неверова,  Н.И.Сочивко 

Компьютерная верстка:  В.И.Каширина,  Н.Н.Седых,  Л.П.Хлюпина 

 

Издаются
с 1907 года 

ISSN 2411-3336

е-ISSN 2541-9404 

Подписной индекс в каталоге агентства

«Роспечать» 18067 

Адрес учредителя и редакции: 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, Россия, 199106 
Тел. +7 (812) 328-8416;        факс +7 (812) 327-7359;  
Е-mail: pmi@spmi.ru              Сайт журнала: pmi.spmi.ru 

 Санкт-Петербургский горный университет, 2018 
Подписано к печати 24.04.2018. Формат 60  84/8. Уч.-изд.л. 26. 
Тираж 300 экз. Заказ 373. С 113. Отпечатано в РИЦ СПГУ. 

 

 

Содержание
 

106

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 106 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Геология 

 

Васильев Е.А., Козлов А.В., Петровский В.А. Объемное и поверхностное распределение 

радиационных дефектов в природных алмазах .................................................................................    107 

Воронин Д.О., Панова Е.Г. Химическое выветривание черных сланцев нижнего палеозоя 

Южной Швеции..................................................................................................................................    116 

 

Металлургия и обогащение 

 

Баженов И.Н., Басов О.О. Метод индукционного контроля массовой доли железа в маг-

нетитовой руде....................................................................................................................................    123 

Бажин В.Ю., Александрова Т.А., Котова Е.Л., Горленков Д.В., Сусоров Р.С. Металлурги 

Горного университета и развитие монетного дела. 245 лет истории................................................    131 

Буделовский Д.И., Петрович С.Ю., Липин В.А. Особенности возникновения и роста на-

нодисперсных интерметаллидных упрочняющих включений в быстроохлажденных сплавах 
системы Al–Mg–Zr–X.........................................................................................................................    139 

Пщелко Н.С. Использование наноразмерных гидрофобизирующих покрытий для получе-

ния электретов на основе диоксида кремния.....................................................................................    146 

Цуканов В.В., Лебедева Н.В., Маркова Ю.М. Условия прохождения диффузионного пре-

вращения аустенита в стали Cr–3Ni–Mo–V-композиции с высокой устойчивостью аустенита......    153 

Шумилова Л.В., Костикова О.С. Сульфидизация серебро-полиметаллических руд место-

рождения «Гольцовое» для снижения потерь серебра с хвостами обогащения...............................    160 

 

Электромеханика и машиностроение 

 

Колесниченко С.В., Афанасьева О.В. Теоретические аспекты оценки технического уровня 

электромеханических комплексов .....................................................................................................    167 

Потапов А.И. Оценка связи прочности и скорости ультразвука в стеклопластике................    176 
Санин С.С., Пелипенко Н.А. Инновационная технология изготовления крупногабарит-

ных изделий........................................................................................................................................    185 

 

Геоэкология и безопасность жизнедеятельности 

 

Замбрано Дж., Ковшов С.В., Любин Е.А. Оценка риска аварий, обусловленных природ-

ным фактором, на магистральном нефтепроводе Pascuales – Cuenca (Эквадор)..............................    190 

Смирняков В.В., Нгуен Минь Фьен. Обоснование методики аэрологической оценки мета-

ноопасности при проведении подготовительных выработок на шахтах Вьетнама..........................    197 

Цхадая Н.Д., Захаров Д.Ю. Совершенствование процедуры профессионального отбора 

персонала для работ с повышенной опасностью...............................................................................    204 

 

Геоэкономика и менеджмент 

 

Агарков С.А., Козлов А.В., Тесля А.Б., Федосеев С.В. Основные направления повышения 

эффективности хозяйственной деятельности в Арктической зоне Российской Федерации............    209 

Липина С.А., Бочарова Л.К., Беляевская-Плотник Л.А. Анализ инструментов государст-

венной поддержки предприятий горнопромышленного комплекса Арктической зоны России .....    217 

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

107

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

Геология 

 
 

УДК 549.211 
 

ОБЪЕМНОЕ И ПОВЕРХНОСТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИАЦИОННЫХ 

ДЕФЕКТОВ В ПРИРОДНЫХ АЛМАЗАХ 

 
Е.А.ВАСИЛЬЕВ1, А.В.КОЗЛОВ1, В.А.ПЕТРОВСКИЙ2 

1 Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия 
2 Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия 
 

Рассмотрены различные варианты природного радиоактивного облучения кристаллов алмаза. Показано, 

что в природных алмазах отмечены случаи радиационного воздействия на весь объем кристаллов, при котором 
наводится равномерная зеленая окраска. При малых дозах облучения радиоактивное воздействие диагностируется 
по люминесценции системы GR1, при больших дозах появляется голубоватый оттенок, переходящий в зеленый 
цвет, при максимальном объемном облучении кристаллы становятся черными. Приведено исследование 
кристаллов с равномерно распределенной по объему черной окраской. Предполагается, что основным источником 
радиации при облучении таких кристаллов может быть растворенный в воде 222Rn и продукты его распада. 
Рассмотрены геологические ситуации, в которых может происходить облучение алмазов за счет распада содержащегося 
в воде 222Rn.  

Ключевые слова: алмаз, облучение, окраска, вакансии, ИК-спектроскопия 
 
Как цитировать эту статью: Васильев Е.А. Объемное и поверхностное распределение радиационных 

дефектов в природных алмазах / Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский // Записки Горного института. 
2018. Т. 230. С. 107-115. DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 
 
Введение. На поверхности кристаллов алмаза из россыпей часто встречаются следы облуче-

ния в виде пятен пигментации [27]. Отдельные пятна диаметром до 60 мкм бурого или зеленого 
цвета имеют круглую форму, их скопления могут занимать значительную часть поверхности 
кристалла. Встречаются кристаллы, у которых вся поверхность окрашена, и такой кристалл приобретает 
зеленоватый или желтоватый цвет. Намного более редким типом следов радиационного 
воздействия является равномерная окраска всего объема кристаллов.  

Как установлено многочисленными исследованиями, причиной появления пятен пигмента-

ции служит контакт алмаза с зернами радиоактивных минералов. Кристаллы с пятнами пигментации 
или зеленой окраской обнаруживают в основном в россыпях [1, 21, 28], где тяжелые радиоактивные 
минералы накапливаются вместе с алмазом. На кристаллах из коренных месторождений 
пятна пигментации встречаются намного реже и в основном в коре выветривания [1, 14, 
19]. Известны случаи объемной зеленой окраски радиационного происхождения в алмазах из коренных 
месторождений [4], но гораздо чаще встречаются кристаллы с поверхностным зеленым 
окрашиванием [30]. В зависимости от дозы радиационная окраска может быть цвета морской 
волны, светло-, темно-зеленой или черной [32]. 

Постановка проблемы. В лабораторных условиях черная окраска алмаза возникает после 

облучения нейтронами, протонами, электронами, -частицами, ионами [32]. Случаи облучения 
алмаза рентгеновским излучением единичны [12], так как сечение поглощения γ-квантов мало 
[11] и требуется большая экспозиция для наведения значимой концентрации радиационных дефектов. 
Поглощение света облученным алмазом в видимом диапазоне происходит на собственных 
дефектах кристаллической структуры – нейтральной вакансии V0 и азотно-вакансионных 
дефектах Н3 и Н4 [32]. Максимум пропускания в спектрах поглощения видимого диапазона составляет 
400-500 нм, что воспринимается глазом как голубой или голубовато-зеленый цвет. При 
облучении помимо вакансий образуется множество других дефектов кристаллической структуры, 
связанных со смещением атомов углерода из равновесного положения. Эти дефекты обусловливают 
бесструктурное (серое) поглощение. Некоторые радиационные дефекты вызывают 
узкие полосы поглощения в видимом и инфракрасном диапазонах [15, 31]. 

Ионизирующее излучение разных видов проникает в алмаз на разную глубину. Ионы, про-

тоны, -частицы, электроны с энергией до 500 кэВ проникают в кристалл на 10-100 мкм и вызывают 
только приповерхностное окрашивание. Электроны с энергией более 1 МэВ и нейтроны 
проникают через весь кристалл, обеспечиваю равномерное объемное распределение радиационных 
дефектов. При облучении крупных бриллиантов иногда наблюдается «эффект зонтика», 

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

108

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

обусловленный отсутствием радиационной окраски на острие шипа. По этому эффекту была установлена 
искусственная окраска бриллианта «Deepdene» массой 104 карата [8]. Выявление и 
исследование кристаллов с объемной радиационной природой окраски дают возможность совершенствовать 
способы и критерии диагностики и разделения природной и искусственной черной 
окраски. Эти исследования позволяют получить и новые данные по геологии и особенностям 
формирования россыпных алмазных месторождений.  

Образцы. Исследована природа окраски шести черных кристаллов алмаза, которые были 

переданы нам как необработанные алмазы из аллювиальных отложений р.Макаубас, штат Ми-
нас-Жерайс, Бразилия (рис.1). Исследован также один черный кристалл из аллювиальной россыпи 
р.Большой Щугор Среднего Урала из коллекции ВСЕГЕИ.  

В штате Минас-Жерайс распространены аллювиальные отложения с повышенным содержа-

нием радиоактивных минералов. Кроме того, встречаются геологические объекты различной 
природы с повышенным содержанием радиоактивных минералов. Три кристалла из бразильской 
коллекции были октаэдроидами размером 2-3 мм, два кристалла – уплощенными по оси четвертого 
порядка додекаэдроидами размером 2-3 мм и один тетрагексаэдроид размером около 1,5 мм. 
Уральский образец U1 имеет размер 4 × 6 мм, ранее он был уплощен шлифованием до толщины 
1,2-1,6 мм.  

Все кристаллы имели алмазный блеск, гладкую поверхность и антрацитово-черный цвет. 

В очень ярком проходящем свете только самый маленький кристалл 10/22 слабо просвечивал зеленым, 
остальные были непрозрачны.  

Аппаратура и методы. На первом этапе проведены исследования целых кристаллов, далее 

из бразильских образцов вырезаны пластины толщиной 0,4-0,5 мм. Из октаэдроидов пластины 
были вырезаны лазером по плоскости [001] и затем отполированы. Из додекаэдроидов пластины 
были изготовлены шлифованием в плоскости уплощения. Различные технологии изготовления 
пластин сопровождались различным нагревом при обработке: при лазерной резке температура 
образцов не достигает 400 С, а при шлифовании может превышать 700 С. После изготовления 
пластины также были исследованы комплексом методов. 

В видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах спектры поглощения регистрировали на спектро-

метре VERTEX-70 с микроскопом Hyperion 1000 (Bruker). Спектры поглощения в ИК-диапазоне 
фиксировали со спектральным разрешением 1 см–1. Спектры поглощения пластин регистрировали на 
различных участках размером 100 × 100 мкм для выявления возможных внутренних неоднородностей. 
По спектрам ИК поглощения рассчитаны концентрации азота в форме структур-

 

Рис.1. Фотографии некоторых исследованных кристаллов и вырезанных из них пластин (нижний ряд). Образцы 11/22, 
11/24 представляют кристаллы из Бразилии с коричневой и зеленой окраской, пластины из которых были изготовлены 
соответственно шлифованием (с нагревом до 600 С) или вырезаны лазером (нагрев до 400 С). Образец U1 обнаружен 

в аллювиальной россыпи р.Большой Щугор Среднего Урала 

2 мм 
U1 

 
 

11/22 
11/24 
 

 

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

109

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

ных дефектов А и В1, определены коэффициенты 
поглощения полос B2 (platelets) B2 
и 3107 см–1 3107. Концентрацию азота вычисляли 
по известным калибровкам [9, 10]. 
Спектры поглощения в видимом диапазоне 
регистрировали с разрешением 8 см–1 при 
комнатной температуре и при 77 К с термостатом 
Lincam THMS600.  

Результаты исследования. В види-

мом диапазоне черные кристаллы были непрозрачны, 
оптическое пропускание начиналось 
от 720 нм и было минимальным в 
области 750-1100 нм. При комнатной температуре 
в спектрах регистрируется плечо 
на 740 нм и система с бесфононной линией 
при 1076 нм. В спектрах ИК-поглощения 
присутствуют системы поглощения А, В1, 
В2, 3107 см–1. В спектрах поглощения всех 
бразильских кристаллов присутствует полоса 
с максимумом 1530 см–1 и коэффициентом 
поглощения 1530 = 0,60,7 см–1 
(рис.2, а).  

Пластины, выпиленные из кристаллов 

лазером, имели очень насыщенный зеленый, 
а изготовленные шлифованием – коричневый 
цвет (см. рис.1). Окраска пластин 
равномерная, особенностей в цвете приповерхностных 
областей не выявлено, окрашивающие 
включения не обнаружены. Незначительные 
вариации в насыщенности окраски наблюдаются только в пластине 11/25. Все кристаллы 
имеют внутренние неоднородности по концентрации азотных дефектов А, В1, системам 
поглощения В2 и 3107 см–1. Эти неоднородности не влияют на цвет или насыщенность окраски. 
Диапазоны изменения концентрации азота и коэффициентов поглощения основных систем поглощения 
приведены в таблице. 

 

Результаты исследования пластин методами абсорбционной спектроскопии 

 

Номер образца 
(цвет пластины) 
А, ppm 
В1, ppm 
Ntot, ppm 
NB1, % 
B2, cм –1 
3107, cм –1 
740, cм –1

(Т = 300 К)

A740, cм-2

(Т = 77 К) 

10/21 (коричневый) 
770-1100 
200-360 
1460-970 
19-25 
2,2-6,5 
0,1-5,3 
5,2 
800 

11/22 (коричневый) 
660-1020 
<60 
660-1080 
<5 
0-1,2 
1,8-8,2 
6 
875 

10/22 (коричневый,  
зеленый до распиловки) 

160 
200 
360 
55 
9 
0,9 
4,5 
1010 

11/24 (зеленый)  
350-430 
250-415 
600-850 
42-50 
9,5-16,6 
0,16-0,23 
9,2 
870 

11/25 (зеленый) 
240-790 
200-1350 
850-1900 
20-75 
4-38 
0,3-4 
8 
820 

11/21 (зеленый) 
30-150 
0-220 
40-370 
0-70 
0-12,2 
0-0,5 
10,8 
810 

U1 
140 
50 
190 
26 
0,6 
0,8 
– 
– 

 
В спектрах поглощения видимого диапазона зеленых пластин регистрируются системы по-

глощения 1077 нм, GR1 (740 нм), 3Н (503 нм), 678, 667, 639, 595 нм (рис.2, б). При комнатной 
температуре во всех образцах коэффициент поглощения полосы 1077 нм 1077 = 0,6 см–1. При 
температуре 77 К полоса 1077 нм почти исчезает. Ее ширина на половине высоты снижается от 
10 до 2 см–1 , положение не изменяется; появляется полоса 1070 нм–1 с шириной на половине высоты 
15 см–1. В спектрах поглощения коричневых пластин вместо системы 3Н регистрируется 
система Н3 с характерными фононными повторениями; коэффициент поглощения фононного 

 

1450

1530

1570

15

0 

600 
1100
1600
2100
2600
3100

U1

11/22 

Коэффициент  

поглощения, см–1 

Волновое число, см –1

а 

20 

0 

Коэффициент  

поглощения, см–1 

450 
550 
650 
750 
850 
950 
1050

594 

Длина волны, нм 

Н3 (11/22) 

3Н (11/24) 

GR1

11/22

11/24

667 

1075

б 

Рис.2. Спектры поглощения: а – в ИК-диапазоне черного  
кристалла U1 (Урал) и пластины 11/22; б – в видимой  

области пластин 11/22 и 11/24 (при 77 К) 

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

110

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

крыла системы GR1 почти в 2 раза ниже, чем в зеленых образцах. Значения интегрального коэффициента 
поглощения бесфононной линии GR1 A740 в зеленых и коричневых кристаллах не 
имеют систематических отличий. Концентрация нейтральной вакансии V0 в соответствии с калибровками [
13] составляет (0,8-1)1018 см–1. 

В спектрах ИК-поглощения образцов из Бразилии после изготовления пластин полоса по-

глощения 1530 см–1 не регистрируется. Вместо этой полосы появились полосы с максимумами 
при 1450 cм–1 (Н1а) и 1570 см–1. Коэффициент поглощения полосы Н1а у разных кристаллов из 
Бразилии находился в диапазоне 0,6-6,4 см–1, коэффициент поглощения полосы 1570 см–1 
1570 ≈ 0,8 см–1. У образца U1 соответствующие значения 5,5 и 2,0 см–1. 

Обсуждение результатов. Все исследованные кристаллы изначально были непрозрачны 

в видимом диапазоне. Эта непрозрачность обусловлена очень насыщенной однородной зеленой 
окраской кристаллов Зеленая окраска в спектрах проявляется комбинацией полос поглощения 
GR1 и бесструктурного (серого) поглощения. В результате облучения в равной концентрации 
генерируются вакансии, проявляющиеся как система GR1, и межузельные атомы, 
проявляющиеся как полоса 1530 см–1. Однако подвижность межузельных атомов гораздо выше, 
поэтому их концентрация зависит от температуры облучения и, по-видимому, его интенсивности. 
Пока не существует критериев для оценки интенсивности облучения, но есть критерии 
определения температуры, выше которой кристаллы после отжига не нагревались.  
В экспериментах по отжигу облученных нейтронами кристаллов алмаза [31] установлено, что 
снижение амплитуды полосы 1530 см–1 начинается при 200 С, в исследовании [24] снижение 
амплитуды наблюдалось уже от 150 С. Следовательно, исследованные кристаллы после облучения 
в естественных условиях не нагревались выше 150 С. Изготовленные шлифованием 
пластины при обработке нагревались до температуры выше 600 С, такой отжиг привел к 
снижению бесструктурного поглощения в области фононного крыла GR1 и изменению цвета 
с зеленого на коричневый.  

Проанализируем возможные виды излучения, которые могли вызвать черную окраску. 

Ионизирующее излучение в природных системах представлено -, -частицами и -квантами. 
В лабораторных экспериментах по исследованию радиационных дефектов часто используется 
нейтронное излучение [28, 31], но его интенсивность в природных системах намного ниже. Уникальной 
системой, в которой было нейтронное излучение, является знаменитый природный урановый 
реактор в Окло. При работе этого реактора температура повышалась до 500 С [18], что 
выше установленного температурного лимита исследуемых кристаллов.  

Исследование зависимости увеличения объема алмаза от дозы нейтронного облучения 

выявило интересный эффект насыщения [3]. В результате нейтронного облучения при температуре 
270 С объем кристаллов увеличивается до 2,5 % (флюенс нейтронов 2·1020 см–2), после 
чего рост объема с увеличением экспозиции прекращается [3]. С понижением температуры 
облучения порог увеличения объема достигает 40 % [29]. Отжиг таких алмазов позволяет 
восстановить кристаллическую структуру, если увеличение объема было менее 12 %. Достигаемый 
при температуре 270 С эффект насыщения [3] вызывается, возможно, динамическим 
восстановлением структуры. Восстановление структуры может происходить за счет очень 
высокой подвижности межузельных атомов углерода даже при комнатной температуре [14]. 
Аналогичные процессы восстановления структуры, по-видимому, могут наблюдаться при естественном 
облучении низкой интенсивности. Кроме того, известен эффект стимуляции отжига 
дефектов кристаллической структуры γ-излучением [25], роль которого может быть 
особенно велика при длительных процессах. Этими факторами могут объясняться близкие у 
всех кристаллов из Бразилии коэффициенты поглощения полос 1530 и 1570 см–1 и системы GR1. 
Облучение реакторными нейтронами с потоком выше 1018 см–2 приводит не только к возникновению 
полос 1530, 1570 см–1, GR1, но и к росту серого поглощения во всем спектральном 
диапазоне, особенно в однофонной области до 1350 см–1 и выше 2500 см–1 [20, 24]. Серое поглощение 
начинает снижаться при отжиге выше 200 С и может рассматриваться как индикатор 
искусственного облучения. 

Известные поверхностные пятна пигментации формируются -частицами, которые про-

никают в алмаз не глубину 10-30 мкм [7, 27]. Эти области при высокой дозе облучения выде-

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

111

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

ляются в рельефе поверхности, имеют очень контрастную границу, обусловленную по-
видимому, высоким уровнем внутренних напряжений, вызванных увеличением объема облученной 
области (рис.3, а).  

Не проявляющиеся в окраске облученные области могут визуализироваться яркой люминес-

ценцией при электронном или фотовозбуждении. При увеличении дозы облучения люминесценция 
полностью тушится, облученные области начинают выделяться по цвету, становясь полноценными 
пятнами пигментации. На рис.3, б черной стрелкой выделена темная в катодолюминесценции 
центральная часть облученной зоны, в которой люминесценция тушится. Четкая граница 
облученного объема возникает после проникновения в кристалл -частиц или электронов с фиксированной 
энергией [27]. Белой стрелкой там же выделена облученная область с четко различаемым 
ярким кольцом, маркирующим границу проникновения -частиц от зерна радиоактивного 
минерала. Для -частиц с энергией 8,8 МэВ глубина проникновения составляет 28 мкм [27]. Радиационные 
дефекты распределены равномерно по глубине облученного параллельным пучком 
α-частиц объема. Концентрация радиационных дефектов в пятнах пигментации может быть в 
20 раз и более выше, чем в описываемых черных кристаллах. Так, оптическая плотность алмаза в 
области пятна пигментации в фононном крыле полосы GR1 может достигать 0,3 [16, 27], что при 
глубине облучения 0,002 см соответствует коэффициенту поглощения 150 см–1. В исследуемых 
черных кристаллах коэффициент поглощения в фононном крыле полосы GR1 достигает только 
10 cм–1. Встречаются полностью непрозрачные коричневые и зеленые пятна пигментации с еще 
большими значениями коэффициента поглощения [16]. В исследованных кристаллах такие приповерхностные 
неоднородности отсутствуют или слабо выражены (кристалл 11/21). 

Следующий вид ионизирующего излучения – β-излучение генерируется во многих радиоак-

тивных системах. Глубина проникновения электронов в алмаз, в соответствии с формулой Ка-
найа – Окаямы [29], составляет для энергии 20 кэВ; 0,7 и 1 МэВ соответственно 2,5 мкм; 1 и 2 мм. 
Как следует из приведенных значений, электроны с энергией менее 0,7 МэВ не могут наводить 
равномерную по объему концентрацию дефектов в кристаллах размером более 2 мм. В сериях 
распада изотопов 238U и 232Th энергия электронов может достигать 5 МэВ (210Pb, 208Pb), что соответствует 
проникновению электронов в алмаз на 30 мм. Для многих изотопов максимальная 
энергия электрона превышает 1 МэВ (210Bi, 214Bi, 214Pb, 228Ac, 234Pa, 214Po). Характерной особенностью 
β-распада являет непрерывный спектр энергии электронов, среднее значение энергии составляет 
1/3 максимального. Вследствие, во-первых, непрерывного спектра энергий, во-вторых, 
распада короткоживущих изотопов с максимальной энергией меньше 1 МэВ (234Th, 228Ra, 212Pb) 
зона природного электронного облучения в алмазе не может иметь четких границ, а концентрация 
дефектов уменьшается от поверхности к центру кристаллов. Исходя из изложенного, даже 

 

Рис.3. Изображения кристаллов с пятнами пигментации: а – поверхность кристалла с коричневыми пятнами пигментации 
в проходящем свете, виден контур, возникающий за счет внутренних напряжений; б – катодолюминесцентное изображение (
автор А.В.Антонов) пластины алмаза со следами поверхностного облучения; белой стрелкой показана люминесцирующая 
зона облучения точечным источником (от зерна радиоактивного минерала размером до нескольких микрометров); 
на поверхности видны как яркие области, так и темные (одна из них отмечена черной стрелкой), в которых 

повышенная доза облучения начинает тушить люминесценцию 

а 

200 мкм 

б 

200 мкм 

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

112

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

при непосредственном контакте радиоактивной среды с алмазом, β-излучение не могло вызвать 
равномерную по объему окраску. Обсуждаемые кристаллы не соприкасались с радиоактивными 
минералами, но находились в среде с высоким радиационным фоном.  

Последний возможный вид радиоактивного излучения, который может приводить к объем-

ному наведению дефектов кристаллической структуры – γ-излучение, всегда сопровождающее 
- и β-распад. В лабораторных условиях рентгеновское излучение очень редко применяется для 
наведения радиационных дефектов в алмазе [16], потому что его сечение поглощения мало и для 
достижения заметной концентрации дефектов необходима длительная экспозиция. Алмаз считается «
прозрачным» для рентгеновского излучения, однако длительность экспозиции в природных 
условиях может компенсировать низкое сечение поглощения. Расчеты показывают [11], что эффективность 
генерации вакансий рентгеновским излучением сопоставима с эффективностью электронов 
таких же энергий. Таким образом, несмотря на низкое сечение поглощения, γ-излучение 
является мощным, но не принимаемым обычно во внимание генератором дефектов кристаллической 
структуры в алмазе. Так, при исследовании пластин, выпиленных из кристаллов алмаза, мы 
неоднократно обнаруживали систему люминесценции GR1 в спектрах фотолюминесценции центра 
кристаллов [2].  

Оценка дозы облучения по коэффициентам поглощения полос 1530 см–1, GR1, 1076 см–1 

возможна только для эквивалентных по температуре и интенсивности облучения экспериментов. 
Кроме того, вокруг образовавшегося дефекта существует зона напряжений, в пределах которой 
энергия смещения атомов существенно снижается и константы взаимодействия матрицы с излучением 
существенно изменяются. Из-за этих факторов скорость образования радиационных дефектов 
с ростом дозы возрастает [26]. Если допустить, что концентрация наведенных дефектов 
зависит только от флюенса нейтронов, то можно оценить дозу облучения следующим образом: 
в исследовании [24] при флюенсе реакторных нейтронов 1019 см–2 и температуре 50 С коэффициент 
поглощения полосы 1570 см–1 1570 = 5,5 см–1. В исследованных нами кристаллах 
1570 ≈ 0,9 см–1, что при облучении в соответствии с условиями работы [24] соответствует флюенсу 
1,6·1018 cм–2. 

Проведем оценку необходимого для получения наблюдаемой концентрации вакансий 

флюенса γ-квантов. Согласно расчету [11], квант с энергией 1 МэВ производит 0,03 вакансии на 
сантиметр пробега. Соответственно для достижения наблюдаемой концентрации вакансий 
1018 см–3 необходим флюенс γ-квантов 3,3·1019 см–2. В работе [12] после облучения квантами с 
энергией 1,17 и 1,33 МэВ (60Со-источник) флюенсом 4·1018 cм–2 значение коэффициента поглощения 
бесфононной линии сиcтемы GR1 составило 0,18 см–1, что в 8,5 раз меньше наблюдаемого 
нами. Для получения наблюдаемого коэффициента поглощения системы GR1 необходим флюенс 
4·1018·8,5 = 3,4·1019 см–2, что согласуется с приведенным выше расчетным значением. 

Оценим концентрацию 238U в окружающей среде, необходимую для наведения γ-излучением 

в алмазе наблюдаемого количества вакансий. Предположим, что радиоактивная алмазовмещаю-
щая среда состояла из силикатно-карбонатной матрицы, по абсорбционным характеристикам эквивалентной 
пористому бетону. Ограничим рассмотрение объема зоной 100-кратного ослабления 
потока квантов энергии 1 МэВ (ослабление энергии фотонов не учитываем), которая в пористом 
бетоне с плотностью 1,8 г/см3 составляет 50 см [17].  

В полном ряду распада 238U излучается более 50 γ-квантов, но энергия большей части из них 

менее 0,25 МэВ [22]. Возьмем явно завышенные параметры: пусть при распаде атома 238U в итоге 
излучается 20 квантов с энергией 1 МэВ. Соответственно для генерации наблюдаемого количества 
вакансий необходим поток, создаваемый распадом 1,65·1018 атомов 238U. В модели бесконечной 
излучающей среды количество распадов 238U в 1 см3 для обеспечения такого количества 
квантов должно составить 1/50·1,65·1018 см–3 = 3,3·1016 см–3. При геологической длительности 
1 млн лет вычисленная по закону радиоактивного распада необходимая концентрация 
С [238U] = 2,2×1020 см–3, т.е. при всех занижающих допущениях содержание 238U составляет более 
2,5 %. Такое высокое содержание неизбежно вызвало бы и сильное поверхностное облучение 
-частицами, признаки которого не обнаружены.  

Известно, что основными γ-излучателями в ряду распада урана являет летучий и хорошо 

растворимый в воде 222Rn и продукты его распада, образующие короткоживущие изотопы. Воз-

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

113

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

можно, что облучение исследованных алмазов происходило в локальных участках выхода вод, 

насыщенных 222Rn и продуктами его распада. Известно, что активность 222Rn в воде может достигать 
108 Бк/м3 [6]. При указанной активности в модели бесконечной среды длительность облучения 
алмаза для достижения концентрации нейтральной вакансии 1018 см–3 составляет 109 лет. Такая 
длительность не может иметь геологического обоснования. Для объяснения наблюдаемой окраски 
необходимо допустить, что в достаточно редких геологических ситуациях могут наблюдаться воды 
с активностью радона на уровне 1011-1012 Бк/м3 (1011 ат/см3). В случае облучения продуктами 
распада 222Rn вклад облучения -частицами в окраску менее значителен, чем вклад γ-квантов. 
Вследствие распада атома 222Rn и его продуктов образуется четыре -частицы (5,3-7,7 МэВ). 
Флюенс -частиц, проникающих в алмаз от поверхностного слоя толщиной 30 мкм, для достижения 
указанной концентрации вакансии составляет 4·1014 см–2. Как показано в работе [27], следы 
облучения алмаза флюенсом нейтронов 1014 см–2 (8,8 МэВ) не различимы на фотографии. 
В сравнении с интенсивностью окраски в пятнах пигментации, черные алмазы окрашены слабо: 
коэффициент поглощения системы GR1 в них в 15 раз меньше.  

У образцов из Бразилии одинаковая концентрация первичных радиационных дефектов, и 

следовательно, либо одинаковая доза облучения, либо имеет место некоторый эффект насыщения, 
аналогичный наблюдаемому при нейтронном облучении. Уникальность кристаллов с такой 
черной окраской заставляет усомниться в том, что шесть образцов могли иметь одинаковую дозу 
облучения в природных условиях, и поэтому следует допустить возможность искусственного облучения 
этих кристаллов.  

Геологические условия, которые могут обеспечить длительное γ-облучение кристаллов ал-

маза, должны удовлетворять следующим требованиям: 

1) поскольку алмазы с объемной черной окраской встречены в россыпях, необходима обста-

новка литогенеза, благоприятная для их образования; 

2) необходимость длительной экспозиции предполагает докембрийский возраст первичных 

россыпей и их продолжительную сохранность до размыва и перехода алмазов в современные 
россыпи; 

3) в алмазоносных россыпях должны реализоваться условия, благоприятные для накопления 

радиоактивных минералов; 

4) в области нахождения алмазов должен быть активный водообмен, определяющий перенос 

радона от источника радиации к алмазам.  

Эти условия могут быть реализованы при образовании месторождений урана формации 

фундамента древних платформ [5]. В наибольшей степени данным условиям удовлетворяют урановые 
и золото-урановые месторождений в древних конгломератах и месторождения типа несогласия. 
В этих месторождениях урановая минерализация приурочена к горизонтам грубообло-
мочных пород докембрийского возраста, которые являются благоприятными и для накопления 
россыпных алмазов. На месторождении Витватерсранд в ураноносных конгломератах нижнего 
протерозоя алмазы давно известны и для них характерна радиогенная зеленая окраска приповерхностной 
зоны. Оба типа месторождений в структурном отношении приурочены к наложенным 
протерозойским впадинам со значительными глубинами погружения, что определяет возможность 
активного водообмена при миграции вод от бортов (уступов) впадин к ее центральной 
наиболее погруженной части.  

В обстановках, характерных для формирования месторождений типа несогласия, существу-

ют наиболее благоприятные условия для реализации всех оговоренных выше условий формирования 
объемной черной окраски алмазов при наличии этого минерала в базальном горизонте 
грубообломочных пород. Для такой обстановки не требуется накопление урана в количествах, 
достаточных для отнесения этой концентрации к промышленным месторождениям. В этих случаях 
достаточно формирование повышенной концентрации урана в области несогласия и длительной 
миграции вод, содержащих растворенный радон. Значительная длительность и поли-
хронность образования месторождений урана данного типа [5] также способствует достижению 
необходимых для формирования объемной черной окраски доз γ-облучения. 

Источником радиоактивности могут быть и месторождения урана древних платформ других 

типов. Например, в Бразилии, в области развития алмазоносных россыпей, в подстилающих по-

 

 

Е.А.Васильев, А.В.Козлов, В.А.Петровский 
DOI: 10.25515/PMI.2018.2.107 

Объемное и поверхностное распределение радиационных дефектов в природных алмазах 

114

Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 107-115 ● Геология 

родах кристаллического фундамента известны железо-урановые месторождения и проявления, 
которые также могли служить источником радона. 

Таким образом, пятна пигментации – это независимый от объемной окраски вид следов ра-

диационного воздействия. Эти два типа окраски могут сосуществовать в одном кристалле, но 
образуются в разных геологических ситуациях. Стабильность радиационных дефектов в алмазе 
позволяет использовать его как природный дозиметр по аналогии с каолинитом, кварцем, полевыми 
шпатами. Зеленая объемная окраска знаменитых алмазов «Орлов», «Зеленый Дрезден» , 
«The Ocean Dream» [8], по-видимому, также имеет радиационную природу.  

Заключение. Приведенное исследование показывает, что помимо широко распространен-

ных поверхностных пятен пигментации кристаллы могут иметь объемную окраску радиационной 
природы. В некоторых, очень редких случаях, объемное облучение может приводить к черной 
окраске, наведенной γ-излучением длительной экспозиции. Источником радиации для таких случаев 
могут быть урансодержащие минералы высокой концентрации. При этом кристаллы должны 
иметь приповерхностные слои с более сильной окраской за счет -облучения. Источником радиации 
могут быть локальные потоки 222Rn, продукты распада которого являются эффективными 
γ-излучателями и не приводят к интенсивному контактному -облучению. Черные алмазы с радиационной 
окраской, во-первых, очень редки в природе, во-вторых, не извлекаются люминесцентными 
сепараторами и, в-третьих, могут неверно диагностироваться при ручном отборе. Аналогичные 
камни с менее выраженной зеленой окраской встречаются не только на Урале и в Бразилии, 
но и в Якутии, Африке, на Борнео. Геологическая обстановка, в которой алмазы получили 
окраску, требует дальнейших исследований.  

 
 

ЛИТЕРАТУРА 

 
1. Зинчук Н.Н. Типоморфизм алмаза Сибирской платформы / Н.Н.Зинчук, В.И.Коптиль. М.: Недра, 2003. 603 с. 
2. Инфракрасная спектроскопия и внутреннее строение алмазов россыпи Ичетью (Средний Тиман, Россия) / 

Е.А.Васильев, В.А.Петровский, А.В.Козлов, А.В.Антонов // Записки Российского минералогического общества. 2017. № 2. 
С. 58-72. 

3. Николаенко В.А. Влияние интенсивности реакторного облучения на расширение кристаллической решетки алмаза / 

В.А.Николаенко, Е.А.Красиков // Атомная энергия. 2014. № 4. С. 223-230. DOI:10.1007/s10512-014-9782-7 

4. О радиационном происхождении объемной зеленой окраски природных алмазов / С.В.Титков, А.И.Иванов, 

А.С.Марфунин, Л.В.Бершов, В.М.Кулаков, М.В.Чукичев // Доклады РАН. 1994. Т.335. № 4. С. 438-502. 

5. Смыслов А.А. Региональные прогнозно-металлогенические исследования на уран и их роль в формировании мине-

рально-сырьевой базы атомной промышленности России / А.А.Смыслов, А.В.Козлов // Записки Горного института. 2011. 
Т. 194. С. 12-45. 

6. Akkerblom G. Mapping of groundwater radon potential / G.Akkerblom, J.Lindgren // Uranium exploration data and tech-

niques applied to the preparation of radioelement maps: Proceedings of a Technical Committee meeting. Vienna, 1996. P. 237-255. 

7. Armitage M. Radioactive halos in a diamond // American Laboratory. 1993. N 18. P. 28-30. 
8. Balfour I. Famous Diamonds. Christie's Books, 1997. P. 320. 
9. Boyd S.R. Infrared absorption by the B nitrogen aggregate in diamond / S.R.Boyd, I.Kiflawi, G.S.Woods // Philosophical 

Magazine B. 1995. Vol. 72. P. 351-361. DOI:10.1080/1364281950823908 

10. Boyd S.R. The relationship between infrared absorption and the A defect concentration in diamond / S.R.Boyd, I.Kiflawi, 

G.S.Woods // Philosophical Magazine B. 1994. Vol. 69. P. 1149-1153. DOI:10.1080/01418639408240185 

11. Campbell B. Radiation Damage of Diamond by Electron and Gamma Irradiation / B.Campbell, A.Maiwood // Physica 

Status Solidi. 2000. N 1. P. 99-107. DOI:10.1002/1521-396X(200009) 

12. Clark C.D. The absorption spectra of natural and irradiated diamonds / C.D.Clark, R.W.Ditchburn, H.B.Dyer // Proceed-

ings Royal Society of London A. 1956. N 234. P. 363-381. DOI:10.1098/rspa.1956.0040 

13. Davies G. Current problems in diamond: towards a quantitative understanding // Physica B. 1999. N 274. P. 15-23. 

DOI:10.1016/S0921-4526(99)00398-1 

14. Diamond from Arkhangelsk diamondiferous province / V.K.Garanin, S.M.Bezborodov, K.V.Garanin, N.N.Golovin, 

O.V.Palazhchenko // Extended Abstracts and articles of 30th Gemmological Conference. Moscow, 2007. P. 39-41. 

15. Dishler B. Handbook of spectral lines in diamond. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2012. 467 p. 
16. Eaton-Magana S.C. Temperature effects on radiation stains in natural diamonds / S.C.Eaton-Magana, K.S.Moe // Diamond 

and Related Materials. 2016. Vol. 64. P. 130-142. DOI:10.1016/j.diamond.2016.02.009 

17. El-Khayatt A.M. Radiation shielding of concretes containing different lime/silica ratios // Annals of Nuclear Energy. 2010. 

N 37. P. 991-995. 

18. Gauthier-Lafaye F. Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabo: a review of the conditions and results of a 

«critical event» in a geologic system / F.Gauthier-Lafaye, P.Holliger, P.L.Blanc // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1996. N 23. 
P. 4831-4852. DOI p.10.1016/S0016-7037(96)00245-1 

19. Harris J.W. Diamond geology // The properties of natural and synthetic diamond / J.E.Field (ed). London: Academic Press, 

1992. P. 345-393.