|
|
Bevezetés
Kulturális örökségünk tárgyi emlékeinek (műemlék épületek, szobrok,
festmények, régészeti leletek, történelmi kéziratok stb.) megóvása
egyre nagyobb szerepet kap az alkalmazott kutatások körében, mind
Európában, mind Európán kívül. A modern tudományok kísérleti
vívmányait már az 1950-es évektől kezdve igyekeztek az ún. „humán”
tudományok, például a régészet, a történettudományok szolgálatában is
hasznosítani. Közismert példa erre a törekvésre a radiokarbon
kormeghatározás, amelyet Willard F. Libby 1949-ben dolgozott ki, és
amelyért 1960-ban kémiai Nobel-díjat kapott (Molnár, 2006). Ahogy az
analitika eszköztára bővült, úgy gazdagodott az archeometriai
kutatások palettája is. Napjainkban archeometriának nevezzük
valamennyi, a kulturális örökség kutatásában alkalmazott
természettudományos (fizikai, kémiai, biológiai, geológiai stb.)
módszereket alkalmazó kutatást. Az archeometriában a fő kérdéseket
általában a humán tudományok művelői, régészek, muzeológusok,
restaurátorok, műgyűjtők teszik fel a természettudósoknak. A felvetett
kérdések a következő fő témakörökbe sorolhatók: kormeghatározás;
leletek eredetének meghatározása, idegen szóval proveniencia-vizsgálat
(ide tartozik a nyersanyag eredetének meghatározása vagy a készítés
helyének, a műhelyeknek azonosítása); készítési technológiákra,
illetve a tárgyak használatára vonatkozó vizsgálatok. Tágabb
értelemben az archeometriához tartozik a műtárgyak eredetiségének
megállapítása, valamint az állagmegóvást célzó kutatások. A vizsgált
anyagok szerint megkülönböztetjük a kőeszközök, kerámiák, fémek,
üvegek, valamint a „szerves anyagok” archeometriáját.
Az archeometria sajátossága, hogy a vizsgálat során
nem szabad kárt tenni a vizsgálandó mintában, azok többnyire értékes,
pótolhatatlan műkincsek, leletek. Ezért lehetőség szerint igyekszünk
roncsolással nem járó elemzéseket végezni.
A neutronok
A kutatóreaktorokból kivezetett neutronnyalábok több szempontból
alkalmasak roncsolásmentes anyagvizsgálatok elvégzésére. A
anyagvizsgálat nukleáris módszereinek egy jelentős csoportja a
neutronok különböző kölcsönhatásait használja fel az anyag
tulajdonságainak (összetételének, szerkezetének) megismerésére.
A neutronok – elektromosan semleges részecskék –
mélyen be tudnak hatolni a vizsgálandó mintába, és útjuk során
különböző kölcsönhatásokban vesznek részt. Ezek a magreakciók lehetnek
befogás, illetve szórás jellegűek. A neutronnyalábok viszonylag kis
(107−109 cm-2∙s-1) intenzitása miatt a mintákban
keletkező indukált radioaktivitás kismértékű, és a legtöbb esetben
néhány napon belül a kimutathatóság szintje alá csökken.
A hideg, termikus vagy rezonancia-neutronok
befogódását követően az atommagok karakterisztikus gammasugárzást
bocsátanak ki. A gamma-fotonok detektálásával következtethetünk a
vizsgált minta elemi vagy izotópösszetételére, a neutronnyaláb
méretétől függő mérettartományban.
A neutronszórás lehet rugalmas vagy rugalmatlan, és
általában a minták kristályszerkezetéről, a mintában ébredő mechanikai
feszültségekről, a különböző fázisokról, kiválásokról, pórusokról
kaphatunk képet a segítségével.
A Budapesti Neutronközpontban évtizedes hagyományai
vannak a neutronanalitikai módszerek alkalmazásának a kulturális
örökség kutatásában. Már az 5., majd a 6. és 7. Keretprogramban
fogadtunk európai vendégkutatókat. A Kutatóreaktor számos kísérleti
állomása közül a prompt-gamma aktivációs analitikai (PGAA) berendezés
elemösszetétel meghatározására, a kisszögű neutronszórás (Small Angle
Neutron Scattering – SANS) és a repülési idő neutrondiffrakciós (Time
of Flight Neutron Diffraction – TOF-ND) berendezés
szerkezetvizsgálatra alkalmas (Kasztovszky − Belgya, 2006; Len, 2006;
Sánta, 2006). Mindegyik módszer roncsolásmentes.
CHARISMA
A CHARISMA (Cultural Heritage Advanced Research Infrastructures:
Synergy for a Multidisciplinary Approach to Conservation/ Restoration)
az Európai Unió 7. Keretprogramja (FP7) által támogatott
együttműködési kezdeményezés (Integrated Infrastructure Initiative),
melynek célja, hogy biztosítsa – nemzetközi együttműködés keretében –
a kutatók, konzervátorok, restaurátorok hozzáférését a nagy európai
kutatóközpontok által kínált műszeres vizsgálati lehetőségekhez
(nagyberendezésekhez, illetve hordozható laboratóriumokhoz), továbbá
kutatási adattárakhoz.
A projekt hivatalosan 2009 októberében indult
huszonegy európai kutatóintézet, egyetem és múzeum részvételével. A
projekt, melynek futamideje négy év, támogatja a nemzetközi
bírálóbizottságok által kiválasztott nyertes pályázók nemzetközi
együttműködéssel kapcsolatos utazásainak, illetve kísérleti munkáinak
költségeit.
A nemzetközi együttműködés (transnational access) a
kutatás jellegétől függően három fő módon lehetséges:
Az ARCHLAB keretében lehetőség adódik Európa
legnevesebb múzeumai és restaurátor intézetei (National Gallery
London, British Museum, Laboratoire du Centre de recherche et de
restauration des musées de France [Palais du Louvre], Museo Nacional
del Prado, Opificio delle Pietre Dure, Instituut Collectie Nederland)
által gondozott archívumok, gyűjtemények, analitikai adatbázisok
tanulmányozására.
A MOLAB keretében különböző hordozható berendezések
vehetők igénybe, melyekkel a szakértők a pályázó kutatókkal
együttműködve helyszíni analitikai/képalkotási stb. feladatokat látnak
el például régészeti ásatásokon vagy a kulturális örökség nem
mobilizálható emlékein. Az ún. „European Mobile Laboratory”
üzemeltetői az UNIPG-Centro SMAArt, CNR-INOA Olaszországból és a
CNRS–LC2RMF Franciaországból.
A FIXLAB keretében a kulturális örökség szakemberei
franciaországi és magyarországi „nagyberendezésekhez” –
részecskegyorsítókhoz, illetve kutatóreaktorhoz juthatnak el, hogy
kutatásaikhoz hasznosítsák a nagyberendezések által nyújtott
anyagvizsgálati lehetőségeket. Hazánkból két intézet – az MTA
debreceni Atommagkutató Intézete (ATOMKI) és budapesti
Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézete – vesz részt
szolgáltatóként a CHARISMA, benne a FIXLAB projektben.
A FIXLAB pályázati rendszerén keresztül négy
nagyberendezés által biztosított számos analitikai szolgáltatás vehető
igénybe. A négy laboratórium és az analitikai módszerek:
• CNRS–LC2RMF AGLAE (Accélérateur Grand Louvre
d’analyse élémentaire), a Louvre laboratóriumaihoz tartozó gyorsító –
Párizs, Franciaország, ahol nagyobb tárgyak (átlagos) elemösszetételét
lehet meghatározni ionnyalábot alkalmazó technikákkal. A módszer
kiegészíthető egyéb technikákkal, például mikro-XRD, mikro-FTIR,
ICP-MS.
• IPANEMA a Párizs melletti SOLEIL szinkrotron –
Franciaország, ahol szinkrotronsugárzáson alapuló röntgen-, UV- és
FTIR-spektrometriai vizsgálatok végezhetők.
• MTA ATOMKI Ionnyaláb-alkalmazások Laboratóriuma –
Debrecen, Magyarország, ahol mikrométer felbontású elemanalízist lehet
végezni nagyobb tárgyak felszínközeli részein, vákuumban vezetett
ionnyalábbal. Az elemanalitikán túlmenően felületi topográfiai és 2D
tomográfiai információt is nyújthatnak a mérések.
• MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet
(közösen az MTA Izotópkutató Intézettel és az MTA Részecske- és
Magfizikai Kutatóintézettel), ahol különböző „neutronos” vizsgálati
módszerek végezhetők, pl. prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA)
átlagos „bulk” elemösszetétel meghatározására; kisszögű neutronszórás
(SANS), repülési idő neutrondiffrakció (TOF-ND) fázis- és
ásványszerkezet-meghatározásra. Kiegészítő módszerként a KFKI-RMKI-ban
kivezetett nyalábos milli-PIXE-, illetve izotópos/röntgen-gerjesztésű
XRF-vizsgálatok végezhetők.
Valamennyi módszer roncsolásmentes, azaz nem
szükséges a műtárgyból mintát venni, illetve maga a vizsgálat
(besugárzás) sem okoz károsodást a tárgyban. A felsorolt berendezések,
illetve módszerek egymást jól kiegészítik, segítségükkel széleskörű
archeometriai információ nyerhető egy jól kiválasztott probléma,
illetve mintasorozat esetén. A FIXLAB keretében lehetőség van egy-egy
laboratóriumban (például BNC vagy ATOMKI) végzendő (single), illetve
több laboratóriumban (BNC és ATOMKI) végzendő, egymást kiegészítő
(multiple) vizsgálatokra pályázni.
A pályázatot kutatócsoportok is beadhatják, egy alkalommal legfeljebb
két fő utazása (útiköltség, szállás, napidíj) támogatható a
projektből. A külföldi tartózkodás ideje single pályázat esetén
legfeljebb hat nap lehet, amely magában foglalhat egy napot az
eredmények megbeszélésére. Multiple pályázat esetén a maximálisan
igénybe vehető tartózkodási idő két hét, amelyből a két mérési
helyszínen összesen tíz mérési napot lehet felhasználni.
Lényeges, hogy a pályázó csoport vezetője, illetve
a tagok többsége a pályázásra jogosult országok egyikéből érkezzen, és
ne olyan berendezéshez pályázzon, amely saját hazájában működik.
Praktikusan tehát magyar kutatók nem pályázhatnak az ATOMKI-ba vagy a
Budapesti Neutronközponthoz, viszont pályázhatnak a francia
intézetekhez.
Természetesen a kulturális örökség kutatóitól nem
várható el, hogy tudják, problémájukra mely módszer, illetve módszerek
adják a legmegfelelőbb választ. A pályázat benyújtásában segíti őket
az ún. „Welcome Desk”, ahol egy e-mail vagy absztrakt formájában
jelezhetik igényeiket – még a pályázat benyújtását megelőzően.
2010-től bárki számára elérhető a CHARISMA projekt honlapja
(http://www.charismaproject.eu), melynek tartalmát rendszeresen
frissítik.
A FIXLAB-programra évente kétszer lehet pályázatot
beadni. A pályázatokat nemzetközi bírálóbizottság értékeli, és pozitív
döntés esetén meghatározza az igénybe vehető mérési napok számát,
illetve javaslatot tehet eredetileg nem tervezett mérési módszerek
alkalmazására. Az elnyert pályázatok mindig a beadást követő félév
mérési időszakára vonatkoznak.
|
|
|
A pályázat elbírálásánál lényeges szempont a
megpályázott kutatási téma eredetisége, a megválaszolandó kérdések
világos megfogalmazása (milyen módszerekkel mit szeretnének vizsgálni,
és a mérésekből milyen kérdésekre várnak választ), valamint a mérések
technikai kivitelezhetősége.
A projekt első tizennyolc hónapja múltán kedvezőek
a tapasztalataink a Budapesti Neutronközponthoz érkező pályázatokról.
A kezdeti „felfutási” időszak után egyre nagyobb érdeklődés mutatkozik
az igénybe vehető mérési lehetőségek iránt. A pályázó országok között
megtalálhatók mind a nagy archeometriai hagyományokkal rendelkező
nyugat-európai országok (Nagy-Britannia, Németország, Olaszország,
Görögország, Ausztria), mind a pályázati rendszerben kevésbé járatos,
de hasonlóan gazdag kultúrkinccsel bíró kelet-európai országok
(Horvátország, Szerbia, Románia, Bulgária). A második pályázati
felhívásra öt, a harmadikra három, a negyedikre nyolc pályázat
érkezett, valamennyi tudományos szempontból igen érdekes kérdést kíván
megoldani. A tervezett kutatások tárgyai között szerepel különböző
történelmi korok kő-, kerámia-, fém- és üveganyaga is. Az igénybe
veendő mérési módszerekkel mind a leletek elemösszetételéről (PGAA;
ionnyaláb-módszerek – PIXE, PIGE; XRF), mind a kristályos, ásványi
szerkezetéről kívánunk információt nyerni. Eddig két olyan pályázat is
érkezett, amelynek során mind a debreceni Atommagkutató Intézetben,
mind a Budapesti Neutronközpontban végeztek méréseket a vendégkutatók.
Az eddigi sikeres kutatások közül egyet ismertetek
példaként, amelynek fő célkitűzése lapis lazuli nyersanyagok lelőhely
szerinti elkülönítése, valamint műtárgyak eredetének meghatározása
volt.
Lapis lazuli – az „égszínű kő”
A lapis lazuli az ókori Keleten már a Kr. e. IV. évezredtől kezdve
ismert és nagy becsben tartott, gyönyörű égszínkék drágakő. Nevének
jelentése is égszínű kő – a latin lapis (kő) és a perzsa lazavard (ég)
szavakból. Királyok, arisztokraták számára készítettek belőle
ékszereket, pecséteket és kisebb díszítőelemeket (1. ábra). Az
ókori Görögországban, Rómában, Egyiptomban, majd később a középkorban
az őrleményéből készült ultramarin az egyik legkedveltebb,
legmagasztosabb hatást keltő festék volt. Nagy értéke miatt a lapis
lazulit már az ókorban megpróbálták mesterségesen előállítani, és
természetesen a hamisítási próbálkozások a modern korban sem hagytak
alább.
1. ábra • Lapis lazuli ékszer
(Forrás: Zöldföldi et al., beküldve)
Egy korábbi együttműködés során a Tübingeni
Egyetemmel már vizsgáltuk, hogyan lehet az egyes geológiai
lelőhelyekről származó lapis lazulikat egymástól roncsolásmentes
módszerekkel megkülönböztetni. E cél elérése szempontjából szerencsés,
hogy a világon csak kevés előfordulása, azaz kitermelésre alkalmas
lelőhelye ismert. A legfontosabbak Afganisztán, az Urál hegység,
Szibériában a Bajkál-tó környéke, valamint Chile.
A lapis lazuli fő alkotórésze a lazurit ásvány, a szodalitcsoport
tagja, képlete (Na,Ca)4 (Cl,SO4,S)(AlSiO4)3. A lazurit mellett kísérő
ásványokként pirit (FeS2) és kalcit (CaCO3), valamint kis mennyiségben
piroxének, amfibolok és csillámok fordulhatnak benne elő.
Előtanulmányaink során azt vizsgáltuk, hogy a tömbi elemi összetétel
(fő összetevők és esetleges nyomelemek) alapján tudunk-e különbséget
kimutatni az egyes földrajzi lelőhelyek között. Vizsgálati módszerként
prompt-gamma aktivációs analízist (PGAA) alkalmaztunk. A PGAA
segítségével valamennyi fő geológiai összetevőt (H, Na, Mg, Al, Si,
Ti, S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, esetenként P) és néhány nyomelemet (B, Sm,
Gd, esetenként Sc és V) is ki tudtunk mutatni.
A prompt-gamma aktivációs analízis a termikus vagy hideg neutronok
sugárzásos befogódását – az (n,γ) reakciót – követően az atommagból
kibocsátott karakterisztikus (prompt) gamma-fotonok detektálásán
alapul (2. ábra). A prompt-gamma-spektrum csúcsait energia szerint
azonosítva meghatározhatjuk az összetevő kémiai elemeket (izotópokat),
a csúcsok nagysága pedig az adott összetevő mennyiségére ad
információt. A Budapesti Neutronközpontban egy vízszintesen
kivezetett, változtatható (5 mm2 − 4 cm2) keresztmetszetű nyalábbal
sugározzuk be a mintákat, és a besugárzással egy időben
Compton-elnyomásos HPGe-detektorrendszerrel vesszük fel a spektrumot.
A spektrumokat Hypermet-PC programmal illesztjük, az elemazonosítás és
a koncentrációk számítása saját PGAA-könyvtárunk segítségével történik
(Révay − Belgya, 2004).
A kutatás során a fent említett legfontosabb geológiai lelőhelyekről
származó lapislazuli-mintákat mértünk, majd a kapott
koncentrációadatokból kétváltozós diagramokat, illetve statisztikai
elemzéseket (főkomponens-analízis, faktoranalízis) készítettünk. Már a
kezdeti mintasorozat PGAA-mérési eredményei azt mutatták, hogy a
chilei és uráli lapis lazuli nyersanyagok jól elkülönülnek egymástól,
valamint a bajkáli és afgán lapisoktól (3. ábra). Méréseink alapján a
leginkább diszkriminatív összetevők a Cl, S, Mn és Fe (Zöldföldi et
al., 2004). Ugyanakkor a bajkáli és afgán lapisok az általunk mérhető
összetevők alapján nagyon hasonlóak. A két csoport részben átfed
egymással, aminek az is lehet az oka, hogy egy-egy vizsgált
darabban
az alkotó ásványok nem egyenletesen oszlanak el. A nagyobb, néhány
cm3-es minta inhomogenitásából adódó hibák kiküszöbölhetők kisebb
mintamennyiség nagymértékben leszűkített neutronnyalábbal való
mérésével vagy kihozott nyalábos PIXE-mérésekkel.
Perspektivikusnak látszik az eredetmeghatározás neutrondiffrakciós
ásványi elemzés segítségével is. A 4a. ábrán
a lapis lazuli és alkotó
ásványai neutrondiffrakciós spektrumai láthatók. Elképzelhető, hogy a
diffrakcióval meg lehet különböztetni olyan mintákat, amelyek
elemösszetétel (PGAA) segítségével nem különíthetők el. Jelenleg a
kísérleti eredmények kiértékelése folyik; megpróbáljuk néhány,
régészeti leletekből származó minta nyersanyagának eredetét
meghatározni.
Mind az elemi, mind az ásványos összetétel meghatározása alkalmas
lehet a „hamis” lapis lazulik megtalálására, jelentse a „hamisítás”
akár azt, hogy eredeti összetevőkből mesterségesen állították elő a
lapis lazulit, akár azt, hogy más anyagokkal (például „egyiptomi
kékkel”; CaCuSi4O10-val) helyettesítik.
A 4b. ábrán a hamisítványnak feltételezett feyzabadi lapis lazuli (c)
nem különbözik lényegesen az eredeti afgán lapis lazuliktól (b, d),
viszont az egyiptomi kék (e) diffrakciós spektruma teljesen eltér a
lapisoktól. Az egyiptomi kék eltérő elemösszetétele – elsősorban a
magas réztartalom miatt – jól látszik a prompt-gamma-spektrumokból is
(5. ábra).
Záró gondolatok
A bemutatott példa jól szemlélteti, hogy a különböző roncsolásmentes,
esetünkben „neutronos” méréstechnikákon alapuló vizsgálati módszerek
hogyan járulhatnak hozzá a kulturális örökség tárgyi emlékeinek
kutatásához és megóvásához. A példából az is látszik, hogy az egyes
módszerek önmagukban csak a legritkább esetben célravezetőek,
tudományos igényű információkat legtöbbször az egymást kiegészítő
módszerek egyidejű alkalmazásával nyerhetünk. Az archeometria
definíció szerint multidiszciplináris tudomány, amelyben a
természettudományos szakember igyekszik a legpontosabb választ adni a
régész, muzeológus kérdéseire – ismertetve az alkalmazott módszerek
korlátait. Az analitikai eredmények értelmezése szintén közös
erőfeszítést kíván „humán” és „természettudományos” oldalról.
A 228330 számú CHARISMA-pályázatban Budapestről az MTA
Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet koordinálásával az MTA
Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet, az MTA Izotópkutató
Intézet és az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet vesz
részt. A PGAA-méréseket Kasztovszky Zsolt és Szilágyi Veronika (MTA
IKI), a TOF-ND-méréseket Káli György és Sánta Zsombor (MTA SzFKI)
végezte. A lapis lazuli kutatás témavezetője Zöldföldi Judit
(Tübingeni Egyetem, Németország). Köszönet a Bolyai János Kutatási
Ösztöndíj támogatásának.
Kulcsszavak: kulturális örökség, archeometria, neutronanalitika,
Budapesti Neutronközpont, lapis lazuli
IRODALOM
Kasztovszky Zsolt − Belgya Tamás (2006):
Non-Destructive Investigations of Cultural Heritage Objects with
Guided Neutrons: The Ancient Charm Collaboration. Archeometriai
Műhely. III, 1, 12−17. •
WEBCÍM >
Len Adél (2006): A kisszögű neutronszórás
archeometriai alkalmazási lehetőségei. Archeometriai Műhely. III, 2,
27−31. •
WEBCÍM >
Molnár Mihály: A szén és az idő:
radiokarbon kor-meghatározás. Fizikai Szemle. 6, 181−184. •
WEBCÍM >
Révay Zsolt − Belgya Tamás (2004):
Principles of PGAA method. In: Molnár Gábor L. (ed.): Handbook of
Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams. Kluwer Academic
Publishers, Dordrecht–Boston–New York, 1–30. •
WEBCÍM >
Sánta Zsombor (2006): Nagyfelbontású
repülési idő diffraktométer a Budapesti Neutron Kutatóközpontban.
Archeometriai Műhely. III, 2, 22−26. •
WEBCÍM >
Zöldföldi Judit − Kasztovszky Zs. −
Mihály J. − Richter, S. (2004): Honnan származik a lápisz lazuli?
Roncsolásmentes eredetvizsgálat prompt gamma aktivációs analízis
segítségével. Archeometriai Műhely. I, 1, 16−22. •
WEBCÍM >
Zöldföldi Judit − Nakai, I. −
Suzuki, S. et al.: Identification of the Coloured Gemstones in the
Royal Tomb of Qatna (Syria). Benyújtva az Analytical and Bioanalytical
Chemistry-hez
|
|
