A PROMPT GAMMA AKTIVÁCIÓS ANALITIKA A RÉGÉSZET SZOLGÁLATÁBAN Kasztovszky Zsolt MTA Izotópkutató Intézet Nukleáris Kutatások Osztálya http://www.iki.kfki.hu/nuclear/
AZ ARCHEOMETRIA ÁLTALÁNOS CÉLKITŰZÉSE A kulturális örökség (lehetőleg) roncsolásmentes vizsgálata természettudományos módszerekkel (fizika, kémia, geológia, biológia)
Régészetileg értékes analitikai információk alapján következtetések a leletekről (nyersanyag-eredet, műhely, kereskedelem); az őskörnyezetről (éghajlat, flóra, fauna); népességről; stb. Az „ARCHEOMETRIA” elnevezés C. F. C. Hawkes-tól származik 1958-ból.
RADIOKARBON KORMEGHATÁROZÁS - 1949
T1/2~5700 év
~ 3000-50000 éves szerves maradványok kormeghatározása Min. 1 g minta szükséges Molnár Mihály; Fizikai Szemle 2006/6 181.o.
AZ ARCHEOMETRIA FŐ TÉMAKÖREI Témakörök
Módszerek
Leletfelderítés (Field Archaeology)
Légi fényképezés, radar, geofizikai (talaj mágnesesség, vezetőképesség, stb.) mérések
Kormeghatározás (Dating)
C-14 (Nobel-díj: Libby, 1949) TL, OL, dendrokronológia, archeomágnesség, K-Ar módszer, hasadási nyomok, aminosav-keltezés
Eredet- és technológia vizsgálat (Provenance study) kőeszközök, kerámiák, üvegek, fémek
Optikai mikroszkópia, TEM, SEM, XRF, (SYN)XRD, AAS, ICP-AES, ICP-MS, PIGE, PIXE, RBS INAA, NRCA, NAAR, ND
„Szerves” archeometria (Biomaterials) humán DNS, mezőgazdaság, táplálkozás, szerves maradványok (csont, fa, textil, bőr,...)
IR-, Raman-spektroszkópia, SEM, GC, HPLC
Műemlékvédelem, restaurálás, eredetiség vizsgálat...
Alkalmazott analitikai módszerek a 32. ISA (2000. Mexikó) előadásai alapján 7 42
38
XRF
13 1
ESR
3 4
TEM
10
14
C
50
GC
XRD
3
TL
16 GEOFIZ
5 14 ICP-AES
6
27
7
ICP-MS
4 31
INAA SEM
IRS
13
80
11 LUM
OM
10 MAGN 2
PGAA : 2
RS
8
PIXE 63
4
17
EGYÉB 22
34
39
1
AAS
AMD
ART
C14
CYCL FNAA
DTA
ESR
GC
GEOFIZ
HPLC
ICP-AES
ICP-MS
INAA
IRS
LUM
MAGN
MÖS
NMR
OM
OTHER
PAA
PGAA
PIGE
PIXE
RAD
RBS
RES
RS
SEM
SYN XRD
TEM
TL
XPS
XRD
XRF
NEMZETKÖZI MŰHELYEK I.
http://www.ims.demokritos.gr/archae/
http://www.c2rmf.fr/
http://www.thebritishmuseum.ac.uk/science/
NEMZETKÖZI MŰHELYEK II.
http://srs.dl.ac.uk/arch
http://www.synchrotron-soleil.fr/
http://sinq.web.psi.ch/
http://www.isis.rl.ac.uk/
NMI3 - Budapesti Neutron Központ
2000-2003
2004-2008
2009-2013 TOF-ND
PGAA
SANS RADIOGRÁFIA
A NEUTRON TELJESSÉGGEL ELEGET TESZ A RONCSOLÁS MENTESSÉG KÖVETELMÉNYÉNEK! • A neutron – semleges részecske – mélyen behatol a mintába • Nagyméretű tárgyak helyezhetők a nyalábba – mintavétel nélkül • Az indukált radioaktivitás általában gyorsan lecseng
ARCHEOMETRIÁBAN KORÁBBAN ALKALMAZOTT „NEUTRONOS” MÓDSZEREK I. NEUTRONOK BEFOGÁSÁN ALAPULÓ MÓDSZEREK / Összetétel 1, Hagyományos neutronaktivációs analízis (INAA) 2, Neutronaktivációs autoradiográfia (NAAR) 3, Prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) 4, Neutron rezonancia-befogásos analízis (NRCA) 5, Neutron tomográfia (NT) / Képalkotás II. NEUTRONOK SZÓRÓDÁSÁN ALAPULÓ MÓDSZEREK / Szerkezet 1, Neutrondiffrakció (ND) 2, Kisszögű neutronszórás (SANS)
Hagyományos neutronaktivációs analízis (INAA) BESUGÁRZÁS Reactor core → Mintavétel: Roncsolásos
MÉRÉS Delayed γ
ÉRZÉKENYSÉG Nagy: nyomelemek (Ba, Cs, Sr, Rb, REE)
AKALMAZÁS Kerámia, kövek, márvány, pigmentek
• Budapest Neutron Központ • BME Tanreaktor • Warsaw Research Reactor • Technical University Delft • Research Reactor Center, Univ. of Missouri • SLOWPOKE Reactor Facility, Kanada.....
Az INAA rutin módszer !
Neutronaktivációs autoradiográfia (NAAR) Példa: Panczyk et al., INCT – Varsó BESUGÁRZÁS Uniform hideg / th neutron tér
MÉRÉS Delayed γ ”2D képalkotás”
ÉRZÉKENYSÉG Nagy: nyomelemek (Cu, Mn, Fe, Hg)
ALKALMAZÁS festmények, pigmentek
PAINTING
graphite scatterer
Neutron beam
NAAR mérőrendszer a varsói ‘MARIA’ reaktornál
J. Tintoretto (1519-1594) „Egy velencei admirális portréja”
Autoradiograph, 12 perccel a besugárzás után. Besug. Idő: 3h. A film feketedése főként 56Mn és 64Cu izotópoktól
Prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) Példa: Kasztovszky et al., BNC - IKI Budapest
Pattintott kőeszközök
MÉRÉS Prompt- és delayed γ
ALKALMAZÁS kerámia, kövek, fémek, üveg
ÉRZÉKENYSÉG Közepes: fő-, nyomelemek (H, B, Cl, Cd, Sm, Gd)
Középkori ezüst érmek Római bronz sisak
Indián kerámiák 0
1000
2000
3000
4000
5000
1000
B 477.6 keV
Si 1273.4 keV Si 2092.9 keV
100
Si 3539 keV Si 3660.7 keV
1
H 2223.3 keV
0.1
1
0.01
Si 6379.7 keV Si 7199 keV 0.1
0.001
Fe 7631.1 keV Fe 7645.5 keV 0.01
Csiszolt kőeszközök
6000 10
Si 4933.8 keV
10
Count rate (cps)
BESUGÁRZÁS hideg / th nyaláb „Bulk”
Si 8472 keV
0.0001
0.001
0.00001
0.0001
0.000001
0.00001 6000
7000
8000
9000
Energy (keV)
10000
11000
0.0000001 12000
Barokk üvegek
Neutron rezonancia-befogásos analízis (NRCA) Példa: Postma et al., IRMM – Geel
5 10
5
4 10
5
As 327 eV
1 10
5
As 319 eV
5
Zn 282 eV
2 10
As 252 eV
5
Zn 223 eV
3 10
Zn 323 eV
Cu 230 eV
5
Sn 222 eV
Counts (1/eV)
6 10
5 10
5
4 10
5
3 10
5
2 10
5
1 10
5
CO-151
0
for CO-151
Rezonancia-befogódó n energiája, γ
ALKALMAZÁS Bronz, rézötvözetek
ÉRZÉKENYSÉG Nagy: főleg nehéz elemek (Cu, As, Zn, Ag, Sb, Sn)
Counts (1/eV)
MÉRÉS
for CO-68
BESUGÁRZÁS Epitermikus n nyaláb „Bulk”
Az NRCA mérésből (IRRM) : Zn>1% → CO-68 hamis
CO-68
CO-151 CO-68
Etruszk szobrok
0 200
250
300
350
neutron energy (in eV)
H.Postma, P.Schillebeecks and R.B.Halbertsma, ARCHAEOMETRY 46 (2004), 633
Neutronradiográfia és -tomográfia (NT) Példa: Lehmann et al., PSI – Villigen; Grenoble BESUGÁRZÁS hideg / th nyaláb Képalkotás 100 µm felbontással
MÉRÉS Áthaladó neutronok
ÉRZÉKENYSÉG Nagy a könnyű alkotókra (H, víz, szerves, levegő )
ALKALMAZÁS Kontraszt kép 100 µm felbontással Bronz- fa szobrok
Neutrondiffrakció (ND) Példa: Kockelmann et al., ROTAX ISIS - Didcot BESUGÁRZÁS
MÉRÉS
Epitherm. pulzus nyaláb „Bulk”
Rugalmasan szórt neutronok (ED/TOF)
ÉRZÉKENYSÉG Hosszú / rövid távú atomi rend, fázisok
ALKALMAZÁS Ötvözetek (bronz, PbSn, Ag-Cu), kerámia
Böttger kerámia edények Zarándok korsók, kora XVIII. sz. Porzelansammlung, Staatliche Kunstsammlungen, Dresden
NDK-340 14th c. Sn-Pb spoon from Amsterdam
XIV. sz-i. holland Sn-Pb kanalak Neutron radiográfia (ILL) és ND spektrum (ROTAX) XVI. sz-i Ag / Cu érmek ’Ferdinand-Taler’ Münzkabinett, Kunsthistorisches Museum Wien
Genuine (minted)
Fake (cast)
‘A polgár’ Monumentális angol bronz dombormű 1400
A PGAA MÓDSZER
A PGAA FIZIKAI ALAPJA
AZ ELEMZÉS FŐ LÉPÉSEI
Endröd i zöl dpala PGAA spektruma 10 00
10
1 00
1
10
0 .1
beütésszám (cps)
1
0. 01
0 .1
0.0 01
0. 01
0.00 01
0.0 01
0.000 01
0.00 01
0 .0000 01
0.000 01
0.0 0000 01
0
100 0
200 0
300 0
400 0
500 0
600 0
E n erg ia ( keV)
60 00
7 00 0
800 0
900 0
10 000
11 00 0
S pectrumC:\HY : PC\S PE CT RA \A RCHEO\ ZOLDP ALA \FV 41I 03C. MCA Live Time3290.48 : El H B Na Mg Al Si S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Sm Gd Dy
M 1.00794 10.811 22. 9898 24.305 26. 9815 28. 0855 32.066 35. 4527 39. 0983 40.078 44. 9559 47.867 50. 9415 51. 9961 54.938 55.845 58. 9332 150.36 157.25 162.5
un c% m(bkg) un c% m(n et) n(ox) m(ox) m 1.2 0. 00018 3.0 0. 07272 0.0729 0.5 0.6499 1.1 0.0 6.7E -05 6.7E -05 1E -08 1.5 0.00022 2.5 0.0 0. 39095 0.39095 0 0.5 0.52699 3.6 0.0 0. 93332 0.93332 0 1 1.5477 1.6 0. 00273 5.0 1. 20889 1.21162 1.5 2.28416 1.5 0.0 3. 09038 3.09038 0 2 6.61136 5.8 0.0 0. 03361 0.03361 0 3 0.08391 7.0 1.8E -05 20.0 0. 00149 0.0015 0 0.00149 0.0 0. 04832 0.04832 12.4 0 0.5 0.05821 2.0 0.0 0. 75737 0.75737 0 1 1.05972 0.0 0. 00063 0.00063 14.5 0 1.5 0.00097 1.0 0.0 0. 1515 0.1515 0 2 0.25277 6.8 0.0 0. 00471 0.00471 0 2.5 0.00841 7.9 0.0 0. 00984 0.00984 0 1.5 0.01438 2.4 0.0 0. 01509 0.01509 0 1 0.01948 1.2 0. 00144 5.0 1. 32076 1.3222 1.5 1.88835 4.0 0.0 0. 00531 0.00531 0 1 0.00676 2.1 0.0 5.4E -05 5.4E -05 0 1.5 6.3E -05 2.0 0.0 7.6E -05 7.6E -05 0 1.5 8.7E -05 0.0 0. 00014 0.00014 18.3 0 1.5 0.00017
8. 04523 - O calculated mass w/ o O
15.0151 0.806 100 6.96985 46.42 % 8.04523
c% el/ el 0.904 8E -04 4.859 11.6 15.03 38.41 0.418 0.018 0.601 9.414 0.008 1.883 0.059 0.122 0.188 16.42 0.066 7E -04 9E -04 0.002
c% c% el /ox ox/ox un c% 1.2 0.484 4.328 1.2 4E -04 0.001 2.5 2.604 3.51 3.6 6.216 10.31 1.6 8.051 15.21 1.5 20.58 44.03 5.8 0.224 0.559 7.1 0.01 0.01 0.322 0.388 12.4 2.0 5.044 7.058 0.004 0.006 14.5 1.0 1.009 1.683 6.8 0.031 0.056 7.9 0.066 0.096 2.4 0.101 0.13 1.2 8.796 12.58 4.0 0.035 0.045 2.1 4E -04 4E -04 2.0 5E -04 6E -04 1E -03 0.001 18.3
100 53.58
100
0.20
FCS2
0.15 KK
0.10 Factor 2
Z 1 5 11 12 13 14 16 17 19 20 21 22 23 24 25 26 27 62 64 66
0.25 c% un c% atom 1.2 0.027 1.2 3E -04 2.5 3.36 3.6 8.48 1.6 12.19 1.5 32.45 5.8 0.403 7.1 0.02 12.4 0.706 2.0 11.35 14.5 0.011 1.0 2.711 6.8 0.09 7.9 0.191 2.4 0.31 1.2 27.57 4.0 0.117 2.1 0.003 2.0 0.004 18.3 0.009
0.05 BL
ZP30
0.00 -0.05
ZP23
BI
FCS1
ZP32 BVII
E39
-0.10 -0.15 0.978
0.982
0.986
0.990 Factor 1
0.994
0.998
1.002
A BUDAPESTI PGAA FŐBB JELLEMZŐI • 1996-2000
2.5·106 cm-2s-1
termikus nyaláb
• 2000-2007
5 ·107 cm-2s-1
hidegneutron nyaláb
• 2008-
1 ·108 cm-2s-1
hidegneutron nyaláb
• ‘Sokelemes’ (fő- és nyomelemek) • Minimális mintaelőkészítés • Roncsolásmentes (nincs hosszú életű radioaktivitás, ill. mechanikai károsodás) • Az átlagos elemösszetétel a fizikai, ill. kémiai formától függetlenül mérhető • Archeometriai alkalmazások az IKI-ben 1998-tól
A BUDAPESTI PGAA KÖZELÍTŐ KIMUTATÁSI HATÁRAI H 1
Element
1.00794 0.3326 b 82.02 b
stable isotope
Li
92.5
67.5 7
6.941 70.5 b 1.37 b
Na
Be
atomic weight σ - capture σ - scattering
9 9.0122 0.0076 b 7.63 b
79 10 11 24 25 26
22.98977 0.530 b 3.28 b
24.305 0.063 b 3.71 b
K
39.0983 2.1 b 1.96 b
Rb
72 28 85 87
85.4678 0.38 b 6.8 b
B
Ca
Ti
45
468 477 4874 495 505 47.867 6.09 b 4.35 b
500.25 51
Zr
Nb
44.9559 27.5 b 23.5 b
Sr
Y
84 8610 877 83 88
89 88.90585 1.28 b 7.70 b
87.62 1.28 b 6.25 b
Ba 130 132 134 135 8 11 72 136 137 138
2
137.327 1.1 b 3.38 b
(Fr)
(Ra)
(223)
(226)
12.8 b 13 b
La
7
138 13999.9 138.9055 8.97 b 9.66 b
52 11 17 90 91 92 9417 963 91.224 0.185 b 6.46 b
Hf
174 1765 17719 17827 17914 35 180 178.49 104.1 b 10.2 b
(Ac) 104
V
Cr
504 5284 5310 542
50.9415 5.08 b 5.10 b
51.9961 3.05 b 3.49 b
Mo
9215 949 9516 9710 9824 9910 95.94 2.48 b 5.71 b
93 92.90638 1.15 b 6.255 b
Ta
W
180 18199.99
180 18226 18314 18431 18629 183.84 18.3 b 4.60 b
180.9497 20.6 b 6.01 b
105
Mn
Fe
546 5692 572 58
55 54.9380 13.3 b 2.15b
(Tc) 20 b 6.3 b
Re
58.9332 37.18 b 5.6 b
Ru
Rh
Os
18537 18763
2
Pd
103 102.9055 144.8 b 4.6 b
Ir
2
184 186 187 13 16 26 188 189 190 41 192
186.207 89.7 b 11.5 b
Ni
68 26 1.1 58 60 61 623.6 640.9 58.6934 4.49 b 18.5 b
59
55.845 2.56 b 11.62 b
966 982 9913 10013 10117 10232 10419 101.07 2.56 b 6.6 b
(98)
Co
190.23 16.0 b 14.7 b
192.217 425 b 14 b
Zn
14 15
10.811 767 b 5.24 b
12.011 0.00350 b 5.551 b
14.00674 1.9 b 11.51 b
Ga
49 28 4 64 66 67 6819 70 65.39 2.75 b 6.38 b
63.546 3.78 b 8.03 b
Ag
60 40 69 71
69.723 2.75 b 6.83 b
Cd
In
1021 10411 10522 27 27 12 106 108 110 106.42 6.8 b 4.48 b
10752 10948
Pt
Au
Hg
197
196 198 199 23 13 30 200 201 202 7 204
190 1921 19433 34 25 195 196 1987 195.08 10.3 b 11.71 b
19137 19363
Cu
69 31 63 65
1
1
13
13
106 108 110 111 24 12 28 8 112 113 114 116
112.411 2520 b 6.5 b
107.8682 63.3 b 4.99 b
10
196.96655 98.65 b 7.73 b
17
200.59 372.3 b 26.8 b
N
99 1.1 12 13
27
Sc
C
1020 1180
Al
97 2 40 42 43 44 46 48 40.078 27.5 b 23.5 b
133
-
4.002602 0.007 b 1.34 b
26.9815 0.231 b 1.503 b
Cs 132.90545 29.0 b 3.90 b
30.00014 4
Mg
23
93 7 39 40 41
He
Detection Limit [ppm] 0.01-1 1-10 10-100 100-1000 >1000 no data
Si
92 4.7 3.1 28 29 30
O
.37
0.038
15.9994 0.00019 b 4.232 b
P
S
Nd
141
142 143 144 145 17 6 6 146 148 150
140.90765 11.5 b 2.66 b
Th
(Pa)
232
(231)
2350.72 23899.3
200.6 b 10.5 b
238.0289 7.57 b 8.9 b
232.03805 7.37 b 13.36 b
27
12
24
8
(Pm)
Sm
(145)
144 147 148 149 7 27 23 150 152 154
3
15
11
150.36 5922 b 39 b
Eu
14
15148 15352
Gd 2
15
20
152 154 155 156 16 25 22 157 158 160
Dy
159
156 158 160 161 26 25 28 162 163 164
2
28.0855 0.171 b 2.167 b
30.9738 0.172 b 3.312 b
32.066 0.53 b 1.026 b
35.4527 33.5 b 16.8 b
39.948 0.675 b 0.683 b
Ge
As
7020 7227 738 37 8 74 76 72.61 2.20 b 8.60 b
1
Sn
15
1134 11596
112 114 115 116 8 24 9 11732118 5 119 6 120 122 124
114.818 193.8 b 2.62 b
118.71 0.626 b 4.892 b
Se
74 769 778 7824 50 9 80 82 78.96 11.7 b 8.30 b
75 74.9216 4.5 b 5.50 b
Sb
165
79.904 6.9 b 5.90 b
I
120122 123 124 7 19 32 35 125 126 128 130
121.76 4.91 b 3.90 b
. 127.6
3
1
5
127
4.7 b 4.32 b
126.90447 6.15 b 3.81 b
Kr
78 802 8212 8312 54 17 84 86 83.8 25 b 7.68 b
Xe
2
131.29 23.9 b -
Pb
Bi
(Po)
(At)
(Rn)
209
(209)
(210)
(222)
204.3833 3.43 b 9.89 b
2041 20624 20722 20852 207.2 0.171 b 11.12 b
-
-
-
208.98038 0.0338 b 9.156 b
Er
162 1642 16633 16723 16827 17015 167.26 159 b 8.7 b
Tm
Yb
169
168 170 171 172 13 16 32 173 174 176
17597 1763
168.93421 100 b 6.38 b
173.04 34.8 b 23.4 b
174.976 74 b 7.2 b
3
14
Lu
22
(Np)
(Pu)
(Am)
(Cm)
(Bk)
(Cf)
(Es)
(Fm)
(Md)
(No)
(Lr)
(239)
(244)
(243)
(247)
(247)
(251)
(252)
(257)
(258)
(259)
(261)
175.9 b 14.5 b
1017.3 b 7.7 b
27
124 126 128 129 21 4 27 130 131 132 10 9 134 136
Tl
20330 20570
U
164.93032 64.7 b 8.42 b
Br
51 49 79 81
Te
57 43 121 123
168.4 b 21.3 b
158.92534 23.4 b 6.84 b
162.5 994 b 90.3 b
Ho 19
Ar
36 38 4099.6
144.24 51 b 16.6b
151.965 4530 b 9.2 b
157.25 49700 b 180 b
Tb
Cl
20.1797 0.039 b 2.628 b
76 24 35 37
106
Pr
18.998 0.0096 b 4.018 b
Ne
91 0.26 9 20 21 22
95 4 32 33 34 36
-
Ce
19
31
(227)
136 138 14089 14211 140.115 0.63 b 2.94b
F
180.2
16 17
ALKALMAZÁSOK
PATTINTOTT KŐESZKÖZÖK EREDETÉNEK MEGHATÁROZÁSA Paleolitikum: ~ 400000-9000 BP
Magyar Nemzeti Múzeum
• Több, mint 300 – főleg közép-Európai – régészeti leletet vizsgáltunk a MNM Őskori és Őskőkori Gyűjteményéből (30-40000 év) • Anyaguk üledékes- (tűzkő, kova, radiolarit) vagy vulkáni kőzet (kvarcporfír, obszidián) • Összehasonlító geológiai anyag a Litotéka gyűjteményből • CÉL: A tárgyak osztályozása; ha lehetséges: eredet meghatározás • PGAA-val mérhető fő- és nyomelemek: (SiO2, Al2O3, TiO2 Fe2O3, MnO, CaO, MgO, Na2O, K2O, B, Sc, V, Co, Cr, Sm, Eu, Gd, Dy) Makroszkopikusan hasonló minták különbözőnek adódtak !
A KÜLÖNBÖZŐ NYERSANYAGÚ KŐESZKÖZÖK OSZTÁLYOZÁSA 12
FLINT ARCHEO FLINT GEO PORPH ARCHEO PORPH GEO OBS ARCHEO OBS GEO OTHERS
10
2nd Principal Component
8
S5
SLAG S7
6
S6 S2
4 P30
2
S1, S3, S4
O21
S9, S10, S11, S12, S13
0
S8 O6
O48 O37, O38
P1
-2 SILEX
OBSIDIAN
PORPHYRY
-4 -6
-4
-2
0
2
1st Principal Component
4
6
8
PGAA mérések: B- és Cl-tartalom alapján Horvát-bosnyák régészeti minták 2 geológiai forrásból: kárpáti (C1) és mediterrán (Lipari). A szardíniai és míloszi eredet nagy valószínűséggel kizárható.
KÖVETKEZTETÉSEK C1, C2 HU ARCH
Tehát honnan származhatnak a horvát-bosnyák régészeti obszidián leletek?
CRO-BOS ARCH
Kétféle forrásból: kárpáti és mediterrán
A kárpáti forrás a ‘Viničky C1 típus’. A mediterrán forrás csak a Lipari BOGAZKÖY lehet.
SARDINIA LIPARI
MELOS
A horvát terület a nyersanyagellátás szempontjából határterület!
CSISZOLT KŐESZKÖZÖK Neolitikum: ~ 9000-5000 BP
Magyar Nemzeti Múzeum, ELTE Kőzettan-Geokémiai Tanszék
FÉLDRÁGAKÖVEK (LÁPISZ LAZULI) University of Tübingen
• A világon kevés lelőhely ismert (Ural, Chile, Afganisztán, Bajkál-tó) • Ásvány: Lazurit / (Na,Ca)7-8(Al,Si)12O24[(SO4)Cl2(OH)2] • CÉL: Nyersanyag azonosítás, műtárgy eredet meghatározása • PGAA: H, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe, S, Cl
LÁPISZ LAZULI NYERSANYAGOK EREDETMEGHATÁROZÁSA 0,07 C H1
URAL
0,06
AFG AFG 2 AFG 3
C H3
AFG 4
0,05
BAJK BAJK2
CH2
UR 1
CHP
CHILE
Cl/Si
0,04
0,03 UR3 UP UR2
0,02
B2P
0,01
L2 BA3 BA2 BA1 AF1
0
KG1A2
B 3P L3
0
4514B 1
MAN O1
K G1A1 3LLAF PEL2A
AF1
MANO2
AFGH 6
FEYZ2
F EYZ1 L1 B1P
2L LAF P EL1
1LL AF 4846D
AP 4846F
0,1
4846E
0,2
0,3
0,4 S/Si
0,5
0,6
0,7
KERÁMIÁK Simón Bolívar University, Caracas
KOLUMBUS ELŐTTI KERÁMIA SZOBROK VENEZUELÁBÓL • XII-XV. századi kerámia szobrok töredéke • Lelőhely: Valencia Lake Basin / Los Roques Islands • KÉRDÉS: A szigetek lakói helyi nyersanyagot használtak? • PGAA: 40 kerámia-, ill. helyi agyagminta mérése Fő- és nyomelemek: H, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe B, S, Cl, Sc, V, Cr, Ba, Sm, Eu, Gd, Dy
VENEZUELAI KERÁMIA LELETEK
A LELETEK OSZTÁLYOZÁSA 3 2
MA 458
3rd Principal Component
MA 371
VLB 58574
2
VLB 58579 AM 393
VLB 00100
1
VLB 1584
AM 374
1
MA 358
0
VLB 0008
AM 3502
MA 960
VLB 1590
MA 407
VLB 1601 VLB 20518
AM 476 AM 1067d
AM 402
VLB 0075
VLB 58565
-1
VLB 8843 MA 564
-1
AM 552 AM 508 MA 1572 AM 418 MA 1836 MA 711
-2 -2
VLB 20519
VLB D33 VLB1 D16
MA 467
VLB 1415
VLB 8843 AM 376 VLB 20517
Valencia Lake Basin Los Roques
MA 690a
-3 -8
-6
-4
-2
0
2
2nd Principal Component
4
6
8
ÜVEGEK Inst. Nuclear Chemistry and Technology, Varsó
• 40 középkori és barokk
üvegtárgy • CÉL: Műhely azonosítása, a bór szerepe • Összehasonlítás EPMA-val
A PGAA ALKALMAZÁSA ÜVEGEK ARCHEOMETRIÁJÁBAN • FŐ- ÉS ADALÉK ÖSSZETEVŐK SiO2, Na2O (>0.7%), K2O, CaO, MgO (>1.5%), As2O3 (>0.2%), PbO (>0.5%), BaO (>1-2%), 2-3% >B2O3 > 0.5 ppm • SZÍNEZŐ, OPÁLOSÍTÓ ANYAGOK SnO2 (>2%). Co, Cu, Mn, Fe, Ag, Au, Hg Keltezés, gyártási technika, műhely (hamisítványok) • SZENNYEZŐK P2O5 (>2%), Al2O3 (>1%), TiO2, Fe2O3, S(>2% ), Cl Nyersanyag, eredet • KILÚGOZÓDÁS: H2O • NEM MÉRHETŐ: Sb, Sr, Rb, Zr, Y, Zn
Környezet, restaurálás
30 fdV-4 Középkori festett üveg
25 "Zöld üveg" fdV-3
Roemer
20
CaO (wt%)
fdV-2
15
fdV-1
10
Barokk üveg
5
XIX. sz. festett üveg
"fdV cristallo" típusú
0 0
5
10
15
20
Na2O+K2O (wt%)
25
30
35
FÉMEK
RÓMAI EZÜST PÉNZEK ÖSSZETÉTELE Inst. of Nuclear Chemistry and Technology, Varsó 0.8
Hadrianus (119-138) Antonius Pius (138-161)
hamisítvány?
Marcus Aurelius (140-180)
0.7
Faustina I-II. (141-176) Kommodus (177-192)
Cu/Ag tömegarány
hamisítvány?
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2 125
135
145
155
165
Kor (év, A.D.)
175
185
195
ÖSSZETÉTEL, SZERKEZET
KÉPALKOTÁS –
– „BULK” (0D) MÓDSZEREK
(2D, 3D) MÓDSZEREK
PGAA, NRCA, ND
A régészek szeretnének összetett tárgyakat vizsgálni: Jó lenne ismerni a tárgyak összetételének térbeli változását!
NT
NAAR (2D)
PGAI / NT, NRCI / NRT
A PGAI/NT mérőrendszer HPGe detektor Li-polimer mintakamra
Neutronvezető
NT detektor Izocentrum Mozgatóasztal
IZOCENTRUM
3D megjelenítés: „Volume rendering”
korongfibula
övcsat
Korinthoszi váza, Kr.e. 600-700
K, Ca, B, Ti, H, Mn, Si, Fe „ókori kozmetikum”
3D elemtérképek a fibuláról
Fe
S
Cu
H
Au
Al
ZÁRÓ MEGJEGYZÉSEK • A PGAA alkalmazhatósága különböző anyagú (kő, kerámia, üveg, fémek) régészeti leletek összetételének vizsgálatára – bizonyított • A PGAA roncsolásmentes volta – a kisebb érzékenység ellenére is – felülmúlhatatlan előny • A fő- és nyomelem koncentrációk alkalmasak (lehetnek) a leletek osztályozására, ill. eredetének meghatározására. • A régészeti, ill. geológiai referencia minták minél nagyobb száma kívánatos • A PGAA nem „mindenható”, kiegészítő módszerek alkalmazása ajánlott • Méréstechnikai szempontból az érzékenység növelése, ill. a térbeli összetétel-eloszlás („elemtérkép”) mérése fontos irány
MTA IKI Nukleáris Kutatások Osztálya http://www.iki.kfki.hu/nuclear/
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
FÜGGELÉK
FŐBB NEMZETKÖZI FOLYÓIRATOK
IF: 0.842
HAZAI KIADVÁNYOK • Iparrégészet / Industrial Archaeology (I.) 1981 / Gömöri J. szerk. • Iparrégészeti és Archeometriai Tájékoztató 1982-98 • Archaeometrical Research in Hungary (I.) 1988 / Járó Márta - Költő László szerk. • Archaeometrical Research in Hungary (II.) 1998 / Költő László - Batosiewicz László szerk. • Múzeumi Hírlevél 1979• Archeometriai Műhely 2004• M. J. Aitken: Fizika és régészet Akadémia Kiadó, Budapest 1982
Archeometriai Műhely 2004 – http://www.ace.hu/am/
EGY „SZÜRKE TŰZKŐ” PGAA-SPEKTRUMA 0
1000
2000
3000
4000
5000
1000
B 477.6 keV
Si 1273.4 keV Si 2092.9 keV
Count rate (cps)
100
Si 3539 keV Si 3660.7 keV
6000 10
Si 4933.8 keV 1
H 2223.3 keV
10
0.1
1
0.01
Si 6379.7 keV Si 7199 keV 0.1
0.001
Fe 7631.1 keV Fe 7645.5 keV 0.01
Si 8472 keV
0.0001
0.001
0.00001
0.0001
0.000001
0.00001 6000
7000
8000
9000
Energy (keV)
10000
11000
0.0000001 12000
A „HYPERMET PC”
AZ ELEMÖSSZETÉTEL KISZÁMÍTÁSA AE = m ⋅ S ⋅ t NA S= ⋅θ ⋅ σ 0 ⋅ I γ ⋅ Φ 0 ⋅ ε ( Eγ ) M m : az adott elem tömege S : érzékenység AE : csúcsterület NA : Avogadro-szám M : mólsúly θ : Izotópgyakoriság σ0 : neutronbefogási hatáskeresztmetszet Iγ : gammahozam Φ0 : neutron intenzitás ε(Eγ) : detektor hatásfok
Bevezetve a fluxusfüggetlen állandót
k 0 ,C ( X ) =
(θ ⋅ σ 0 ⋅ I γ / M ) X (θ ⋅ σ 0 ⋅ I γ / M ) C
m X AX Sγ ,Y AX k0,C (Y ) ε γ ,Y = ⋅ = ⋅ ⋅ mY AY Sγ , X AY k0,C ( X ) ε γ , X
Tetszőleges két elem tömegarányát kapjuk
