A Budapesti Neutron Központ szerepe az európai kulturális örökség kutatásában CHARISMA
Kasztovszky Zsolt MTA Energiatudományi Kutatóközpont E-mail:
[email protected]
A Budapesti Neutron Központ (BNC)
A NEUTRON TELJESSÉGGEL ELEGET TESZ A RONCSOLÁSMENTESSÉG KÖVETELMÉNYÉNEK!
• Semleges részecske – mélyen behatol a mintába • Nagyméretű tárgyak helyezhetők a nyalábba mintavétel nélkül
Miért?
• Az indukált radioaktivitás általában gyorsan lecseng • Szerkezet- és összetétel vizsgálatára alkalmas
CHARISMA
Cultural Heritage Advanced Research Infrastructures: Synergy for a Multidisciplinary Approach to Conservation / Restoration http://www.charismaproject.eu/
EU FP7 Capacities Specific Programme ”Research Infrastructures” 22 Kutatóintézet 11 Ország 3 Networking Activities 3 Access Activities 1120 nap berendezés idő (ebből BNC: 288 nap) 3 Joint Research Activities
Időtartam: 48+6 hó (2009-2014) Coordinator: University of Perugia - Italy
CHARISMA partner intézetek 1 - University of Perugia, IT 2 - Centre de Recherche et de Restauration de Musèes de France, FR 3 - FORTH, Krete, GR 4 - The National Gallery of London, UK 5 - Synchrotron SOLEIL, FR 6 - Consiglio Nazionale delle Ricerche, ICVBC / INOA / IFAC, IT 7 - University of Torun, PL 8 - University of Aachen, RWTH, DE 9 - ATOMKI-HAS, Debrecen, HU 10 - Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques, LRMH, FR
11 - The British Museum, UK 12 - Doerner Institute, Munchen, DE 13 - Ormylia Art Diagnosis Centre, GR 14 - Opificio delle Pietre Dure, Firenze, IT 15 - Museo Nacional del Prado, ES 16 - Instituut Collectie Nederland, NL 17 - Institute Royal du Patrimoine Artistique, BE 18 - APRE, Roma, IT 19 - Laboratorio Nacional de Engenharia Civil, PT 20 – BNC-WIGNER, Budapest, HU 21 - University of Bologna, IT 22 – MCC-C2RMF, FR
TRANSNATIONAL ACCESS • ARCHLAB (WP5) - C2RMF, NGL, OPD, BM, PRADO, ICN / hozzáférés archívumokhoz, analitikai- művészeti adatbázisokhoz
• MOLAB (WP6) - UNIPG, CNR, CNRS-C2RMF / mozgó laborok (XRF, XRD, IR- Raman-spektroszkópia, NMR) CH vizsgálatokra
• FIXLAB (WP7) - AGLAE, SOLEIL, ATOMKI, BNC / nagyberendezések (szinkrotron, kutatóreaktor, gyorsító) CH vizsgálatokra
ARCHLAB BRITISH MUSEUM ICN
C2RMF
NATIONAL GALLERY MUSEO del PRADO
OPD
MOLAB CNRS
Mozgó labor 15 műszerrel in-situ vizsgálatokhoz UNIPG CNR-INOA
FIXLAB PLATFORM A
PARIS C2RMF SOLEIL - szinkrotron: valamennyi nyaláb
A felhasználók egyedi vagy közös (”single” vagy ”joint”) pályázatokat nyújthatnak be a mérőhelyekre AGLAE - ionnyaláb analitika
FIXLAB PLATFORM B
BUDAPEST - DEBRECEN ATOMKI-HAS, DEBRECEN
A felhasználók egyedi vagy közös (”single” vagy ”joint”) pályázatokat nyújthatnak be a mérőhelyekre
4,5 év alatt 9 felhívás, 46 pályázat, mintegy 288 kísérleti nap! A pályázatok megoszlása országok szerint
A pályázatok megoszlása témák szerint
NMI3 - Budapesti Neutron Központ
2004-2008 2000-2003
2009-2013
TOF-ND
PGAA
Highlight 2008
SANS RADIOGRÁFIA
Korábbi együttműködések - MTA EK (MTA IKI) •MTA Régészeti Intézet (1998), ELTE Kőzettan-Geokémiai Tanszék (1998), Magyar Nemzeti Múzeum (2002), Tübingeni Egyetem (2002), Institute of Nuclear Chemistry and Technology, Varsó (2002) •„Egy új roncsolásmentes geokémiai módszer - a PGAA - archaeometriai alkalmazásai” OTKA (2006-2010)
•„Kárpát-medencében fellelt kőeszközök nyersanyagainak roncsolásmentes eredetvizsgálata” OTKA (2012-2016) •MÖB-DAAD (2001-2002, 2005-2006, 2009-2010) •Magyar-lengyel akadémiai (2001-2003, 2004-2006) •Horvát-magyar TéT (2008-2009), Olasz-magyar (TéT 2008-2010) •IAEA CRP: „Applications of nuclear analytical techniques to investigate the authenticity of art objects” (2004-2008), TC: “Enhancing the Characterization, Preservation and Protection of Cultural Heritage Artefacts” (2009- folyamatosan) •EU FP6 ANCIENT CHARM: (2006-2008)
Korábbi együttműködések – MTA WIGNER FK (MTA KFKI RMKI) • Magyar Nemzeti Galéria, Magyar Képzőművészeti Főiskola Restaurátorképző Intézete,
Szépművészeti Múzeum, Dobó István Vármúzeum, Országos Műemlék Felügyelőség, Országos Levéltár, Nemzeti Múzeum, Hopp Ferenc Kelet-ázsiai Múzeum, Wosinszky Mór Megyei Múzeum, MTA BTK Régészeti Intézet (1985-folyamatosan) • „Roncsolásmentes nukleáris analitikai módszerek kifejlesztése és felhasználása festmények, műtárgyak, régészeti leletek vizsgálatára.” OTKA (1991-1995) • „Művészeti és régészeti tárgyak ion nyaláb analízise” OTKA (1995-1999)
• „Ion Beam Analysis Applied in Art and Archeology”, COST G1 (1996-2000) • „Non-destructive analysis and testing of museum objects” COST G8 (2000-2004) • IAEA CRP: „In situ application of XRF techniques” (2000-2003)
PROMPT GAMMA AKTIVÁCIÓS ANALÍZIS – PGAA Kasztovszky Zsolt
Alkalmas: • Tetszőleges (szilárd, folyadék) minta bulk elem- / izotópösszetételének meghatározására • Minimális mintatömeg ~ 0,1 g • Elvileg az összes kémiai elem mérhető különösen érzékeny: H, B, Cl, Cd, Nd, Sm, Eu, Gd • Kimutatási határ 0,1 ppm – 1000 ppm Előnyök: • Roncsolásmentes • Minimális mintaelőkészítés • A teljes „bevilágított” térfogatról informál • Nagy tárgyak részeinek vizsgálatára is alkalmas (nyalábméret: 5 mm2 – 2X2 cm2)
REPÜLÉSI IDŐ NEUTRONDIFFRAKCIÓ – TOF-ND Káli György Alkalmas: • Egykristály- polikristály-szerkezet vizsgálatára • Feszültség analízisre • Textura analízisre • Fázisok meghatározására Előnyök: • Roncsolás mentes • Minimális mintaelőkészítés • A teljes „bevilágított” térfogatról informál • Nagy tárgyak vizsgálatára alkalmas (nyalábméret: 3 cm2 – 2,5 X 10 cm2)
KISSZÖGŰ NEUTRONSZÓRÁS – SANS Len Adél Alkalmas: • 10 - 1000 Å skálán inhomogenitások vizsgálatára • Porusméretek meghatározására • Anizotropiák, kiválások orientációjának vizsgálatára ásványokban, fémekben • Kerámiák inhomogenitás, porozitás vizsgálatára Előnyök: • Roncsolásmentes • Minimális mintaelőkészítés • A teljes „bevilágított” térfogatról informál • Nagy tárgyak vizsgálatára alkalmas (nyalábméret: mm2 – 4X4 cm2)
KIHOZOTT NYALÁBOS RÉSZECSKÉK KELTETTE KARAKTERISZTIKUS RÖNTGEN SPEKTROMETRIA (PIXE), pXRF Szőkefalvi-Nagy Zoltán / Kovács Imre Alkalmas: • tetszőleges alakú és méretű tárgyak néhány 10 μm vastag felületi rétegeinek minőségi és mennyiségi elemanalízisére Előnyök: • Roncsolásmentes • Multielemes (Al-U) • Gyors • Precíz mérési pont pozicionálás • Nincs szükség minta előkészítésre • Kimutatási határ > 10 ppm elem és mátrix fűggően PIXE • Nyalábméret: ~ 1 mm2 XRF • in situ elemzés • Nyalábméret: ~ 25 mm2
NIPS–NORMA Kis Zoltán / Szentmiklósi László Alkalmas • „Normál PGAA” • 2D, 3D képalkotás (NR/NT) • 2D, 3D elemtérképezés (PGAI) • NR/NT térbeli felbontás: 0,2-0,5 mm • Képméret: 48 mm × 48 mm Előnyök / Hátrányok • Roncsolásmentes • NR gyors / NT és PGAI lassú Gamma detektor
Kr.e. 1450 (XVIII. Dinasztia) egyiptomi korsó neutronradiográfiás és tomográfiás vizsgálata
Záró dugasz
Agyag pecsét
NT: zsinór-szerű anyag PGAI: szerves – feltekert gyolcs
Belső tartalom
Neutronnyaláb
NR: Feltételezés szerint szerves
NR / NT
PGAI: Fő összetevők: H, C, N, S, Cl - megerősíti a szerves anyag feltételezését Mintatartó kamra Mozgatható mintatartó
A korsó 2D neutronradiográfiás képe
Párkányi Dénes
*** = p<0.001 compared to healthy
140 120 Selenium (µg/l)
NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS – NAA
160
***
100
*** *** 80
***
60 40 20 0
HA n=20
DH n=16 erythrocytes
• BKR reaktorvíz mérése • Se mérése biológiai mintákban •
135Cs
mérése radioaktív hulladékokban
• NAA / PGAA komplementaritás • Növények és talaj: növények nehézfém felvétele • Ritkaföldfémek mérése vulkáni kőzetekben • Ritkaföldfémek mérése bauxitban
• Régészeti minták, nyersanyagok (lápisz lazuli, kerámiák, stb.) - nyomelemek
***
***
HH n=30 whole blood
AH n=25 plasma
5000 éves egyiptomi vasgyöngyök Thilo Rehren et al… • G.A. Wainwright és J.P. Bushe-Fox 1911-ben tárt fel egy predinasztikus (Kr.e. 34003100) temetőt Gerzeh közelében. 9 vasgyöngyöt találtak, erősen korrodált állapotban, feltehetően egy nyakék részei. A gyöngyök a londoni Petrie Museum tulajdonában vannak • 3 gyöngyöt vizsgáltunk a Budapesti Neutron Központban roncsolásmentes módszerekkel: (NR, TOF-ND, PGAA, PIXE) • Kérdés: Bizonyítható-e a gyöngyök meteorvas eredete összetétel- és szerkezetvizsgálatok alapján? • Egy gyöngyöt az 1920-as években vizsgáltak (roncsolásos) klasszikus kémiai módszerekkel, és 7,5% Ni-tartalmat állapítottak meg
NR: A gyöngyök eredeti alakja és szerkezete: hajtogatott lemezekből készültek, középen nem fúrt lyukak vannak. A készítési feltételezett módja ismételt hevítéses lágyítás – kalapálás. TOF-ND: A neutrondiffrakcióval nem észleltünk fémes fázist, tökéletlenül kristályosodott és amorf fázisok figyelhetők meg – feltehetően Fe(OH)2. Összességében a minták teljesen korrodáltnak bizonyultak.
PGAA: A meteorit eredetre jellemző 2,8-4,1% Ni, 0,6-1,0% P, és 1700-2400 ppm Co értékeket mértünk. PIXE: A gyöngyök felszínén megerősítette a ~5% Ni tartalmat. Különböző pontokban Cu, Pb, As, Zn, Mn nyomelemeket azonosított. Két gyöngyön ~30-100 ppm Ge-t mért, amely a meteor eredet fontos bizonyítéka.
Többféle roncsolásmentes módszerrel bizonyítékokat találtunk a vasgyöngyök anyagának meteorit eredetére. Ezzel megerősítettük a hipotézist, hogy valóban az emberiség (egyik) legrégibb vastárgyáról van szó.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
