St edoškolská odborná innost 2005/2006 Obor 02 - fyzika
Využití fyziky v archeologii a um ní
Autor:
Tereza Kulatá
Gymnázium Šternberk, Horní nám stí 5 785 01 Šternberk, 7. ro ník Konzultant:
Miroslav Duda (Gymnázium Šternberk)
Šternberk, 2006 Olomoucký kraj
Prohlašuji tímto, že jsem sout žní práci vypracovala samostatn pod vedením Mgr.Miroslava Dudy a veškerou použitou literaturu a další informa ní zdroje v etn internetu jsem uvedla v seznamu literatury.
Ve Šternberku dne 8.4.2006
OBSAH 1. Úvod..................................................................................................................2 2. Fyzikální metody používané v archeometrii.....................................................3 3. P íklady z praxe...............................................................................................20 4. Vlastní pokusy a pozorování...........................................................................26 5. Záv r................................................................................................................31 6. Obrazová p íloha.............................................................................................33
1
1. ÚVOD Má práce pojednává o využití fyziky v um ní a archeologii. Tato v dní discipína má dokonce vlastní název: archeometrie. Zatímco v zahrani í je to velmi populární obor a existují specializované archeometrické ústavy a university, u nás se s ním tém
nesetkáte.
Památkové ústavy si st žují na nedostatek kvalifikovaných pracovník , které jim eské univerzity nemohou poskytnout. Neochota spolupráce mezi p írodov dci a um lci vede k tomu, že v
eské republice prakticky neexistuje obor, kde bychom se mohli univerzitn
vzd lat v oblasti um lecké a zárove
získat i pot ebné odborné v decké znalosti o problému.
Proto pokud chceme v novat dostate nou pé i našim památkám, musíme zvát zahrani ní odborníky. Ale pro si nevychovat své vlastní vysoce kvalifikované restaurátory? Hlavní d vod mé ú asti na p ehlídce prací SO je oslovit ve ejnost a dát tak podn t pro to, aby se v budoucnu uvažovalo o zavedení podobných obor i na eské univerzity. Cht la bych zde p edevším oslovit mé vrstevníky, které také zajímá restaurátorství, ale stejn jako já nev dí, zda se mají rozhodnout pro um leckou i v d ckou stránku v ci. Pevn v ím, že nejsem sama, koho tato otázka zaujala a že se najdou další mladí lidé, kte í m v mé snaze podpo í a v budoucnu m budou následovat. Abych získala zájem ostatních student , vypracovala jsem tuto práci, ve které vysv tluji n které principy fyzikálních metod využívaných v archeometrii, po té uvádím p íklady sv tov významných památek a nález , na kterých byly tyto metody aplikovány, a v záv ru seznamuji tená e s vlastními badatelskými pokusy v tomto oboru. Doufám, že i laikové porozumí mému vysv tlení t chto metod a že tyto pe liv vybrané p íklady dokážou tená e zaujmout. Svou vlastní experimentální innost pak zmi uji proto, abych ukázala, jak je zajímavé pracovat v tomto oboru, a podnítila tak zájem širšího spektra tená .
2
2. FYZIKÁLNÍ METODY POUŽÍVANÉ V ARCHEOMETRII P ehled: 2.1 Radiouhlíkové datování 2.2 Radia n indukovaná termoluminiscence 2.3 Opticky stimulovaná luminiscence 2.4 Aktiva ní analýza 2.5 Radionuklidová rentgenfluorescen ní analýza
2.1 Radiouhlíkové datování Toto je z ejm
obecn
nejznám jší metoda z oblasti archeometrie a také jedna z
nejstarších. Nyní je však nahrazována p esn jšími a hlavn šetrn jšími metodami. Zatímco radiouhlíkové datování se neobejde bez použití vzorku ze zkoumaného p edm tu, což je asto nežádoucí, zvlášt jsou-li zkoumány vzácné p edm ty a hodnotná um lecká díla, dnes už existují metody, u nichž není pot eba zasahovat do analyzovaného objektu a ten díky tomu z stává neporušen.
Princip metody Autorem radiouhlíkového datování je profesor Willard F. Libby, který za sv j objev v roce 1960 obdržel Nobelovu cenu za chemii. (Samotnou metodu však vypracoval už ve ty icátých letech.) Studoval ú inky kosmického zá ení na zemskou
atmosféru a došel k
záv ru, že kosmické zá ení vyvolává adu jaderných reakcí, ve kterých se kontinuáln vytvá ejí r zné radioaktivní nuklidy. Hlavními nuklidy, které z této reakce vystupují, jsou nejt žší izotop vodíku 3H a izotop uhlíku 14C. Atomová jádra atmosferického dusíku reagují s neutrony a uvol uje se izotop uhlíku 14C a sou asn také proton: 14
14
N+n
3
C+p
Ve skute nosti se tok kosmického zá ení v pr b hu asu m ní a na tento fakt musí být p i vyhodnocování výsledk radiouhlíkového datování brán z etel. My však p edpokládejme, že do atmosféry po dlouhá asová období p icházel konstatní tok kosmického zá ení. V takovém p ípad radioaktivního
se asem musela utvo it rovnováha, což znamená, že stejné množství 14
C, který v atmosfé e vzniká, se zárove
p em nou. (Víme, že polo as p em ny
14
rozkládá jeho radioaktivní
C je 5730 rok , proto se v atmosfé e nehromadí
donekone na.) Uhlík se v ovzduší vyskytuje ve form oxidu uhli itého, p i emž izotopu
14
C je v
porovnání se stabilními izotopy uhlíku jen nepatrné množství - asi 0,0000000001% p írodní sm si izotop . Oxid uhli itý je vdechován rostlinami i živo ichy a také v jejich t le nastává rovnováha mezi radioaktivním 14C a stabilními izotopy 12C a 13C. V okamžiku smrti se však zastaví p ísun 14C (stejn jako ostatních izotop uhlíku) do organismu. Narozdíl od stabilních izotop , u izotopu
14
C za ne probíhat jeho radioaktivní p em na a dojde k porušení
rovnováhy uhlíku v t le organismu. Platí vztah:
C (t )
C (0 ) e - t
kde: C(0)................rovnovážná koncentrace 14C v organismu za jeho života (respektive v okamžiku jeho smrti) C(t).................koncentrace uhlíku po uplynutí doby t od jeho smrti .....................nem nná fyzikální konstanta - p em nová konstanta 14C Hodnotu C(0) m žeme stanovit ze ,,sou asných vzork ", ímž jsou myšleny pe liv prov ené standardy uchovávané v National Institute for Standards and Technology v Americe. (Nebo v uplynulé dob bylo do ovzduší uvoln no zna né množství
14
C nap . p i
pokusných jaderných explozích. Navíc po nástupu pr myslové revoluce docházelo k emisím neaktivních izotop uhlíku p i spalování fosilních paliv. Proto byla rovnováha porušena a pro zjišt ní koncentrace C(0) není možno vzít jakýkoliv sou asný organický materiál.) Dále zbývá zm it nyn jší koncentraci uhlíku v organismu C(t) a výpo tem m žeme stanovit as, za který dosavadní radioaktivní p em na prob hla, tedy dobu uplynulou od smrti
4
organismu.
M ení koncentrace 14C P vodní metodou je dnes už zavrhované m ení koncentrace na základ radioaktivní p em ny
14
C a emitovaného zá ení. Vzhledem k tomu, že
14
C je zá i beta , má pom rn
nízkou energii emitovaných elektron a navíc je ve vzorcích p ítomen v extrém nízkých aktivitách. Musí být tedy ze vzork extrahován a p eveden do formy CO2 nebo acetylénu (pokud je použito proporcionálního detektoru pln ného plynem) nebo do benzenu (v p ípad využití kapalného scintilátoru.) Takto je p eveden p ímo do detek ního média v detektoru ionizujícího zá ení a m že být m eno jeho množství. P i takovém postupu však nevyhnuteln dojde ke zni ení ásti zkoumaného vzorku n kdy je nutné ob tovat ne jednotky, ale desítky gram , což je ovšem u cenných p edm t nežádoucí. Navíc detektor, kterého je t eba použít, je zbyte n složitý. Také je t žké vyhnout se ur itému obsahu p írodních radionuklid v materiálech, ze kterých je p ístroj vyroben, což samoz ejm ovliv uje p esnost m ení. (P ístroj by m l vykazovat velmi nízké pozadí - tj. nízká detekovaná
etnost impuls , které vznikají z jiných p í in než detekcí zá ení z
m eného vzorku.) Pokud bychom cht li dosáhnout dostate né p esnosti, bylo by pot eba m it každý vzorek desítky nebo i stovky hodin, než bychom dosp li k požadované maximální odchylce 1%. Mnohem efektivn jší metodou je hmotnostní spektrometrie na urychlova ích, která se v radiouhlíkovém datování jako zp sob m ení obsahu
14
C za ala objevovat v sedmdesátých
letech dvacátého století (tzv. AMS = Accelerator Mass Spectrometry). Jde o p ímé po ítání ionizovaných atom uhlíku z m eného vzorku. Na urychlova i iont
je urychlen svazek
ionizovaných atom , p i emž je ovli ován magnetickým polem - leh í ionty se z p ímé dráhy p sobením magnetického pole vychýlí víc, t žší mén . Tak lze od sebe odlišit r zn t žké izotopy uhlíku a zm it jejich pom rné zastoupení. Citlivost této metody je mnohem vyšší v porovnání s detekcí radioaktivních p em n 14C, ehož bylo využíváno v p edchozím p ípad , i ve srovnání s klasickými hmotnostními spektrometry. Díky tomu se zkrátí doba nutná k m ení a také je pot eba menší velikost
5
vzorku, což je zde nespornou výhodou. Cena pot ebného vybavení laborato e i cena tohoto speciálního urychlova e je ovšem velmi vysoká, což je jedinou nevýhodou této metody. Na záv r uvedu p íklad detekce milión atom
14
14
C v 1mg 5000let starého uhlíku (obsahuje asi 20
C) ob ma metodami: P i detekci zá ení beta by bylo pot eba m it 4 roky,
aby bylo napo ítáno 10 000 impuls a dosaženo požadované odchylky 1%. Zatímco když použijeme urychlova , zkrátí se doba m ení pro zjišt ní 10 000 iont
14
C (tedy stejná
statistická chyba) na mén než hodinu. Zde je srovnání obou metod, všímáme-li si množství použitého materiálu pro jejich realizaci:
Suchá hmotnost (g) Materiál
D evo, d ev né uhlí Uhli itany Rašelina Kosti Jezerní usazeniny
Optimální množství p i detekci na zákl. radioaktivní p em ny 8 - 12 35 5 - 10 100 - 200 30 - 100
Minimální množství p i detekci na zákl. radioaktivní p em ny
Metoda
1 5 1 20 - 80
0,005 - 0,0010 0,015 0,100 - 1, 000 1
10 - 20
1
AMS
Pozn.: Hodnoty v tabulce odpovídají požadavk m konkrétní laborato e - v r zných laborato ích se mohou lišit.
Obr.2.1: Tabulka n kterých vzork a jejich množství pot ebného p i datování na základ radioaktivní p em ny a metodou AMS.
Využití metody Tento princip je vpodstat použitelný pro všechny organické látky a dokonce i n které anorganické materiály, pokud se do nich p i jejich vzniku zabudoval atmosferický uhlík ve form uhli itan - nap . krápníkové jeskyn - a dále již nedocházelo k jeho vým n .
6
Známým p íkladem využití radiouhlíkového datování pomocí AMS metody je zkoumání tzv. Turínského plátna, do kterého bylo údajn zabaleno t lo Kristovo po sejmutí z k íže, nebo identifikace železné koruny Karla Velikého.
2.2 Radia n indukovaná termoluminiscenece Jak vyplývá z pojmenování metody, jde tu o jisté vyza ování sv tla z p edm tu p i jeho zah átí. To je zap í in no radioaktivními nuklidy, které materiál obsahuje, takže termoluminiscen ní vlastnosti mají jen ur ité druhy materiál . Nej ast ji se tímto zp sobem zkoumají keramické nálezy, cihelná architektura nebo jakékoliv spálené p edm ty, nap . kameny z ohništ . P i analýze musíme p edm t rozžhavit a zm it emisi zá ení, které vydává. Intenzita zá ení je ur itým zp sobem úm rná dob , která uplynula mezi dv ma vypáleními. Zjistíme tedy, p ed jakou dobou byl p edm t vypálen poprvé. Zkoumaný materiál v pr b hu m ení vlastn sv télkuje a je to tedy jakýsi p írodní m i radioaktivity - jakoby obdoba dozimetr .
Princip metody Radia n indukovaná termoluminiscence souvisí s p echody elektron
mezi r znými
energetickými hladinami v anorganických pevných látkách, a to zejména v iontových krystalech. Pro vysv tlení principu metody si p edstavme následující model: V každém atomu mohou být elektrony umíst ny na ur itých energetických hladinách. Vzájemným p sobením atom v krystalu pevné látky z energetických hladin vznikají celé energetické pásy. Výsledný model vn jší vrstvy každého atomu potom vypadá zhruba takto:
7
vodivostní pás - mohou se v n m pohybovat volné elektrony tzv. zakázaný pás - v ideálním krystalu neobsahuje žádné elektrony valen ní pás - poslední pás obsazený elektrony Obr. 2.2: Schéma vn jší vrstvy atomu. Ve skute nosti však žádný krystal není ideální, ale má v krystalové m ížce r zné ne istoty a nepravidelnosti. To zp sobuje, že zde vznikají r zné lokální energetické hladiny, které mohou být obsazovány elektrony a to dokonce i v zakázaném pásu. V n kterých energetických hladinách mohou být p sobením ionizujícího zá ení zachyceny elektrony natrvalo, takže se odtud nemohou samovoln uvolnit.
lokální energetické hladiny ...... elektron je zde zachycen natrvalo, jakoby v pasti
Obr. 2.3: Znázorn ní lokálních energetických hladin v atomu. K uvoln ní dojde pouze p i dodání energie zvn jšku, nap íklad oh íváním látky. Následn elektrony, které mají nyní zvýšenou energii, p echázejí mezi jednotlivými energetickými hladinami. N které z nich mohou p echázet p es tzv. luminisce ní centra, p i emž se emituje elektromagnetické zá ení. luminiscen ní centrum elektromagnetické zá ení
Obr. 2.4: Emise elektromagnetického zá ení. 8
Toto elektromagnetické zá ení je n kdy natolik intenzivní, že je dokonce viditelné. Intenzita sv tla závisí na teplot , tedy na množství dodané energie. Tato závislost se nazývá vyh ívací k ivka. Výška maxim na vyh ívací k ivce nebo plocha pod ní jsou úm rné dávce ionizujícího zá ení, kterou materiál obdržel. Po et elektron
zachycených v pastech na
ur itých místech energetických hladin je totiž úm rný v širokém rozmezí dávce ionizujícího zá ení a sv telný tok je úm rný po tu zachycených elektron . Pokud známe termoluminiscen ní citlivost materiálu (tj. odezvu na jednotkovou dávku ionizujícího zá ení), m žeme zm it intenzitu vystupujícího sv tla p i oh ívání a tak zjistit dávku ionizujícího zá ení, kterou byl materiál ozá en. (Mimo jiné se tohoto jevu také hodn využívá v dozimetrii ionizujícího zá ení.) Každý materiál, který má termoluminiscen ní vlastnosti, dostává pravideln p írodní dávku tohoto zá ení. Nebo jednak na Zemi neustále dopadají ástice kosmického zá ení, ale také prakticky každý materiál obsahuje alespo
ve stopových množstvích p írodní
radioaktivní nuklidy (p edevším radionuklidy p írodních p em nových ad a
40
K) a postupn
se v n m tedy absorbuje dávka od zá ení t chto radionuklid . V materiálech, které mají termoluminiscen ní vlastnosti, se tedy neustále zachycují elektrony v termoluminiscen ních záchytných centrech, a to úm rn p írodní dávce zá ení. Abychom ur ili stá í p edm tu, bude nás zajímat, jakou dávku zá ení materiál obdržel od okamžiku oh evu (nap . u keramických p edm t , cihel...). Ta lze zm it postupem, který už byl popsán výše, pokud známe termoluminiscen ní odezvu na jednotkovou dávku zá ení. M žeme íci, že dávka zá ení, kterou materiál obdržel, je úm rná dob , která uplynula od jeho vyh átí, nebo p i vyh átí došlo k uvoln ní všech zachycených elektron a od té doby se prázdná místa v pastech za ala znovu zapl ovat elektrony v závislosti na okolních podmínkách. Pro stá í p edm tu platí vztah:
T
Rnat. S D
kde: Rnat..............termoluminiscen ní odezva daného materiálu ( která pochází od p írodního zá ení za dobu T) S..................termoluminiscen ní citlivost materiálu ( = odezva na jednotkovou dávku zá ení) 9
D..................dávkový p íkon od p írodního zá ení p sobícího na p edm t po dobu T ( = dávka za jednotku asu, v tomto p ípad zpravidla za 1 rok) T...................stá í p edm tu Ve skute nosti je však provedení této metody datování velmi náro né a její úsp ch závisí na mnoha aspektech. Je obtížné stanovit dávkový p íkon p írodního zá ení v míst , kde se zkoumaný p edm t po v tšinu asu nacházel - v p ípad keramických p edm t není prost edí výskytu jednozna n ur ené, protože p edm ty se mohly za dobu své existence libovoln p esouvat. Proto je složit jší definovat vn jší podmínky u keramiky, než nap . u cihelné architektury. Stá í keramiky nelze v tšinou ur it p esn ji než s chybou ± 5%. U cihelné architektury je úsp ch o n co v tší - p esnost ± 3%. Dále m itelné stá í závisí na termoluminiscen ní citlivosti materiálu a na obsahu p írodních radionuklid v dané látce - s menší citlivostí a menším obsahem radionuklid se m itelné stá í posouvá dále do minulosti. V tšinou nelze definovat p edm t mladší než 100 let - tato hranice závisí na citlivosti m ících p ístroj , tedy na minimální dávce zá ení, kterou lze ješt stanovit. Také nelze ur it p edm t starší než 10 000 let, protože za tuto dobu dojde k zapln ní všech existujících pastí a další elektrony se už nemají kde zachycovat (nasytí se k ivka odezvy). Dále p esnost záleží na použitém postupu m ení, vybavení laborato e apod. P íprava vzorku a jeho kalibrace z hlediska termoluminiscen ní citlivosti také není jednoduchá. Jak je vid t, tato metoda je pom rn složitá, a p itom nezajiš uje uspokojivé výsledky, co se tý e chyby m ení. Ve srovnání s p edchozí radiokarbonovou metodou je však možné pomocí termoluminiscence datovat p edm ty mnohem starší.
Využití metody Jak vyplývá z principu metody, je ji možné aplikovat pouze na p em ty, které na po átku byly n jakým zp sobem tepeln zpracované (keramika, cihly...). Nej ast ji je této metody používáno pro ur ení autenticity keramických p edm t
pocházejících z dávných dob.
Úsp šn byl tento zp sob datování aplikován p i ov ování keramických sošek ze zapotecké kultury v mexickém stát
Oaxaca nebo p i pr zkumu vil v benátské oblasti. O t chto
p íkladech bude e v další ásti práce.
10
2.3 Opticky stimulovaná luminiscence Je obdobou klasické termoluminiscence, také je založena na principu dozimetrie. P i m ení tu nedochází k tepelnému oh ívání zkoumaného materiálu, ale p edm t se oza uje viditelným sv tlem. Jinak je další postup naprosto stejný jako v p edchozím p ípad . Zajímavým rozdílem je to, že pokud chceme použít opticky stimulovanou luminiscenci, nesmí p i vyzvedávání p edm tu z geologické vrstvy dojít k jeho ozá ení t eba jen paprskem denního sv tla. Jinak by totiž byla tato m ící metoda nepoužitelná. Opticky stimulovaná luminiscence je univerzáln jší než nap . radiouhlíková metoda, protože materiálem pot ebným k datování jsou p edevším zrnka k emene, která jsou v archeologických nálezech všudyp ítomná.
Využití metody Na území
eské republiky byla tato metoda nedávno využita nap . p i pr zkumech
moravských naleziš , ale také na Slovensku v Dzeravé skále. Nej ast ji se využívá p i zkoumání tvrtohorních usazenin a jako doprovodná metoda termoluminiscence. Pat í k nedávno objeveným a zatím ne p íliš používaným postup m datování.
2.4 Aktiva ní analýza Tato metoda zjiš uje konkrétní složení materiál . Pat í do skupiny metod ozna ovaných jako
analytické.
Existuje
ada
metod
aktiva ní analýze p íbuzných,
jako
nap .
rentgenfluorescen ní analýza, hmotnostní spektrometrie, Mössbauerova spektrometrie, využití okamžitého zá ení gama, atomová absorp ní spektrometrie, induk n vázané plasma, optická spektrometrie, Ramanova spektrometrie, aj. Zp sob , jak ur it složení zkoumaného p edm tu, a to hlavn co se tý e stopových prvk a p ím sí, je tedy mnoho. P i rozhodování se pro n kterou z metod záleží hlavn na vybavení konkrétní laborato e, ale obecn se dává
11
p ednost takovým metodám, které jsou co nejmén destruktivní a u kterých nepot ebujeme odebírat vzorky. Aktiva ní analýza je mezi ostatními metodami velmi p esná - m žeme ur it koncentraci prvk s tak malým zastoupením, jako jsou miligramy na kilogram.
Princip metody Využívá se skute nosti, že p i jaderné interakci neutron , nabitých ástic nebo foton s ter ovými nuklidy vznikají v tšinou radionuklidy. V pr b hu m ení tedy budeme vzorek oza ovat tak, abychom dosáhli požadovaného vzniku radionuklid .
neutron ter ový nuklid radionuklid (pop .nabitá ástice nebo foton - jejich zdrojem je jaderný reaktor; viz níže) Obr. 2.5: Schéma vzniku radionuklid . Víme, které radionuklidy vznikají aktivací konkrétních prvk , takže když zm íme zá ení vydávané radionuklidy a tím i o jaké radionuklidy se jedná, získáme informaci o složení zkoumaného vzorku. M žeme také zjistit množství radionuklid a tedy i množství prvk , ze kterých vznikly, obsažené ve vzorku. Ve složitých materiálech dochází k aktivaci r zných prvk v nich obsažených a tedy ke vzniku n kolika r zných radionuklid . Proto je pot eba je kvalitativn i kvantitativn identifikovat v této sm si, k emuž se nej ast ji používá spektrometrie zá ení gama, n kdy také radiochemické separace. Známe vztah, který popisuje vzniklou aktivitu pro jednu aktiva ní reakci na jednom ter ovém nuklidu: A kde:
m NA 1 e Ar
t
..........p íkon fluence bombardujících ástic (Fluence je podíl po tu
ástic, které
dopadly v jednom bod v prostoru na zanedbateln malou kouli dNa a plochy hlavního ezu koule dA. P íkon fluence je derivace fluence ástic podle asu: d /dt. Tedy pokud bychom k usm rn nému svazku zá ení postavili kolmo ter ík, p íkon fluence by byl po et ástic, které procházejí za jednotku asu jednotkovou
12
plochou tohoto ter íku.) ................ú inný pr ez aktiva ní reakce ( jedna z nejd ležit jších veli in popisujících pravd podobnost jaderných i jiných interakcí v mikrosv t . M žeme ji definovat jako podíl pravd podobnosti, že dopad nabitých nebo nenabitých ástic ur itého druhu a energie vyvolá ur itou interakci, a fluence dopadajících ástic.) ..............zastoupení nuklidu, který vyvolává vznik požadovaného radionuklidu, v p írodní sm si izotop daného prvku m..............hmotnost prvku ve zkoumaném vzorku NA ..........Avogadrova konstanta Ar............molární hmotnost prvku ..............p em nová konstanta vzniklého radionuklidu t...............doba oza ování A.............aktivita M ení je provád no poté, co skon í oza ování a uplyne doba t'. Aktivita nuklidu je v tomto okamžiku A' a platí pro ni vztah: A' = A · e - t' Hodnoty všech veli in vyskytujících se v p edchozím vztahu jsou bu známé konstanty nebo jsou ur eny podmínkami experimentu. Sta í zm it sou asnou aktivitu A' a dopo ítat hmotnost prvku obsaženou ve vzorku. Toto je ovšem absolutní metoda, která vyžaduje, aby byl p esn zm en p íkon fluence bombardujících ástic a aktivita a abychom znali velmi p esn hodnoty ú inných pr ez . V praxi se proto mnohem ast ji používá srovnávací metoda, kdy se zkoumaným vzorkem sou asn oza ujeme i materiál obsahující známé množství sledovaných prvk . Potom platí jednoduchý vztah: mx
Ax mx AS
kde: mx.................hmotnost prvku v neznámém vzorku ms.................hmotnost tohoto prvku ve známém materiálu Ax.................aktivita radionuklidu vzniklého z tohoto prvku v neznámém vzorku As..................aktivita tohoto radionuklidu ve známém materiálu Zde sta í jednoduché zm ení aktivity a také se tady neprojeví nep esnosti zp sobené
13
hodnotami ú inného pr ezu aktiva ní reakce ani p ípadným kolísáním p íkonu fluence v pr b hu oza ování nebo jeho nep esným zm ením.
P ístroje Zdrojem bombardujících ástic m že být výzkumný nebo oza ovací jaderný reaktor, který vysílá neutrony, v tšinou tzv. tepelné neutrony. (Jsou to neutrony zpomalené na energie odpovídající energiím tepelného pohybu ástic látky p i dané teplot . Pohybují se tedy st jn rychle jako ástice látky a je zde pom rn velká pravd podobnost, že neutron bude zachycen jádrem a budou emitovány fotony zá ení gama. Zatímco pokud by se neutrony pohybovaly rychleji i pomaleji, pravd bodobnost vzniku radionuklidu by byla nižší. Vzniklé jádro je asto radioaktivní.) Jde o tzv. neutronovou aktiva ní analýzu. Dále m že být zdrojem neutron neutronový generátor na bázi samovolného št pení 252
Cf. Zá ení gama vzniklých radionuklid
se detekuje nej ast ji na polovodi ovém
spektrometru a poté se kvalitativn i kvantitativn analyzují registrovaná spektra.
Využití metody Znalost složení materiál , ze kterých je p edm t vyroben, nám pomáhá ur it p vod tohoto p edm tu i technologie výroby, pomocí kterých byl vyroben. Toho m žeme využít v um ní, p edevším p i restaurování, protože je vhodné p i renovaci díla používat stejný postup, kterým bylo p vodn vytvo eno, a využít stejných materiál do té míry, jak je to jen možné, abychom zachovali jeho originalitu. Díky tomu, že známe složení p edm tu, m žeme také stanovit místo vzniku. Pokud ho porovnáme s místem nálezu, objevíme dávné obchodní cesty. Konkrétn se pomocí analytických metod ov ovala pravost tzv. Drakeovy desky i p i zkoumání ínského porcelánu eng Hua, jak bude uvedeno v další ásti práce. Pokud
srovnáme
aktiva ní
analýzu
nap .
s
rentgenfluorescen ní
analýzou,
rentgenfluorescen ní anylýza má jednu nespornou výhodu v tom, že p i ní v bec nedochází k destrukci zkoumaných p edm t . To je p i zkoumání památek vždy jedním z nejd ležit jších hledisek. Naproti tomu je aktiva ní analýza pro stanovení mnohých prvk citliv jší. Pouze malé p edm ty se p i ní však mohou oza ovat jako celek , p i emž se ovšem stávají
14
radioaktivními a pak trvá n jakou dobu, než se vrátí zp t do podoby stabilních nuklid . Tato doba závisí p edevším na jejich p vodním složení. Ve zbytku p ípad je ze zkoumaného objektu nutno odebrat vzorek, sta í ovšem ádov miligramy, pop . desítky miligram .
2.5 Radionuklidová rentgenfluorescen ní analýza Jde o bezdotykovou nedestruktivní metodu, kterou lze zjistit kompletní složení zkoumaného materiálu. Je založena na oza ování vzorku n jakým radionuklidem a následnou detekcí charakteristického zá ení prvk . (Energie a frekvence zá ení spolu souvisí p es kvantovou hypotézu, kterou v r.1900 formuloval Max Planch: E
k f , kde k =6,6·10-34 J·s)
Pat í také do skupiny analytických metod a je blízko p íbuzná výše rozebrané aktiva ní analýze.
Princip metody P i tomto zp sobu m ení se využívá tzv. fotoefekt. Je to d j, p i n mž je materiál oza ován n jakým radionuklidem. Na povrch p edm tu tedy dopadají fotony, které jsou schopny vyrazit elektron z vnit ní slupky elektronového obalu atomu. Vznikne tak prázdné místo uvnit atomu, na které se p emístí n který elektron z vn jší valen ní vrstvy. P i tomto p esunu se snižuje jeho energie. Dalo by se íct, že tato ,,energie navíc“ je emitována ve form zá ení, které je ve své podstat
rentgenové a je charakteristicky pro každý prvek jiné.
Zachycením a analýzou tohoto zá ení tedy m žeme zjistit, které prvky materiál obsahuje. elektron z vn jší slupky putuje na uprázdn né místo uvnit atomu - snižuje se jeho energie
foton
elektron vyražený z vnit ní slupky
Obr. 2.6: Znázorn ní fotoefektu.
15
uvol ované zá ení
K registraci vybuzeného charakteristického zá ení se používají spektrometrické detektory, které jsou schopny jednak zm it p ítomnost ástic, ale také jejich energii. V dnešní dob
jsou nejvíce používány detektory polovodi ové. Zá ení, které vydává zkoumaný
materiál, se v detektoru absorbuje a pomocí složité detek ní aparatury se na výstupu objeví následující graf, který zobrazuje elektrické impulsy:
Obr. 2.7: Spektrum charakteristického zá ení vybuzeného ve vzorku uhlí. Výška impuls je úm rná energii absorbované v detektoru, která pochází z vyza ování prvk zp sobeného fotoefektem. Tyto impulsy mají v d sledku statistických d j v detektoru p ibližn Gaussovo rozložení. Na m eném spektru se tedy objeví tzv.Gaussovy píky, které odpovídají tzv. arám charakteristického zá ení prvk . Jsou to áry, které popisují p echod elektron z vn jší do vnit ní vrstvy atomového obalu. MV MIV MIII K K
2
1
MII MI LIII
K K
LII
1
LI
2
K
Obr. 2.8: Schéma hladin v elektronovém oblau atomu. 16
U každého prvku nastávají jiné p echody a každý prvek tedy vyzá í jiné množství energie, nebo toto množství závisí na tom, mezi kterými hladinami se elektron p emístil. Energie t chto ar závisí na protonovém ísle prvku:
Obr. 2.9: Závislost energie n kterých ar charakteristického zá ení na protonovém ísle. Vztah mezi energií foton charakteristického zá ení a protonovým íslem prvku, který toto zá ení emituje, objevil již v roce 1914 H.G.M. Moseley. Platí: E = K( Z - b )2 kde: E...............energie foton odpovídajících p eskoku elektron mezi dv ma ur itými hladinami K,b...................konstanty Z.......................protonové íslo prvku Dále platí vztah mezi energií fotonového zá ení a jeho vlnovou délkou , který plyne z kvantové hypotézy: E
1,24
c f
kde: E..............energie zá ení v keV ( 1 keV 1,602 10...... J ) ..............vlnová délka v nm Díky t mto poznatk m známe konkrétní hodnoty energie áry, které odpovídají konkrétním protonovým ísl m. Nap .:
17
Prvek
Protonové .
Energie K áry [keV]
S
16
2,3
Fe
26
6,4
Sn
50
25,2
Pb
82
75
Obr. 2.10: Energie K ar vybraných prvk . Pokud tedy pomocí detek ní aparatury ur íme energii charakteristického zá ení prvk ve zkoumaném materiálu (což poznáme z Gaussových pík , které dostaneme), známe díky této energii i protonová
ísla jednotlivých prvk
a m žeme stanovit jejich totožnost, tedy
chemické složení materiálu.
P ístroje Pro m ení v praxi se používá detek ní aparatura, která má tu výhodu, že není t eba odebírat ze zkoumaných p edm t žádné vzorky, ale p edm ty se mohou oza ovat jako celek. Nej ast ji se používá polovodi ový detektor, který je t eba chladit na teplotu kapalného dusíku -197°C. Ten je napojen na m d nou ty , která je pono ena ve speciální Dewarov nádob , kde se nachází kapalný dusík. Kolem okénka detektoru je umíst n prstenový zá i , který oza uje m enou plochu. Tím je vybuzeno charakteristické za ení, které se registruje v detektoru. Pak sta í jen zpracovat tento signál a známe chemické složení zkoumaného vzorku.
Vzorek
Detektor
Analogov digitální p evodník
Zesilova
Po íta
zá i
Obr. 2.11: Schéma m ící aparatury.
Využití metody Krom studia biologických materiál , vzork životního prost edí, v geologii a hornictví
18
lze tuto metodu využít i p i studiu památek, p edevším um leckých d l na plátn
i papí e,
tedy obraz . Ob as je velmi d ležité znát p esné složení barev, kterými byl obraz namalován, nebo v r zných asových obdobích se barvy míchaly jinak, a také pro každého malí e je typické jeho vlastní namíchání barev. Toho lze využít p i rozpoznání originality obrazu, pop . p i jeho restaurování. P íbuzné metody radionuklidové rentgenfluorescen ní analýze jsou další radioanalytické metody založené na buzení charakteristického zá ení vhodným primárním zá ením. Je to nap íklad metoda PIXE (Particle Induced X-Ray Emission), která využívá k buzení charakteristického zá ení svazku t žkých nabitých ástic, nap íklad proton . Dále je k buzení charakteristického zá ení možno použít svazek urychlených elektron
v elektronových
mikroskopech, které slouží zárove k zobrazení zkoumaného povrchu. Tato metoda se nazývá elektronová mikrosonda a pomáhá získat údaje o chemickém složení povrchu zobrazeného mikroskopem.
19
3. P ÍKLADY Z PRAXE Turínské plátno Radiouhlíkové datování - Metoda AMS Toto plátno nese název podle katedrály sv.Jana v Turín , kde je uloženo. Je to jedna z nejvzá n jších církevních relikvií, nebo se jedná o plátno, do kterého m lo být údajn uloženo t lo Ježíše Krista po sejmutí z k íže. Netvrdí to pouze církev, ale také ada v dc . Proto byl z tohoto ln ného plátna o velikosti 4,36 x 1,10 m v roce 1988 odd len proužek o délce 70 mm a ší ce 10 mm, ten byl následn rozd len na t i ásti, které byly zaslány do laborato í v Oxfordu, Zurichu a na University of Arizona v Tusconu, aby zde byl prozkoumán metodou Accelerator Mass Spectrometry a tak potvrzeny i vyvráceny domn nky církve o jeho autenticit . Všechny tyto laborato e se shodly na tom, že plátno pochází z doby 1290 1360 n.l., a to s pravd podobností 90%. Vzhledem k tomu, že plátno se poprvé objevuje v historických záznamech až roku 1353, tato data se nápadn shodují. Nicmén autenticita plátna nebyla ješt definitivn vyvrácena. Výsledky radiouhlíkového datování jsou zpochyb ovány tím, že uhlík z pozd jší doby se do plátna mohl dostat nap íklad ze sazí od svící nebo olejových lamp, nebo se zde mohl objevit
inností bakterií a
mikroorganism . Na plátn je patrný temn hn dý obrys mužské postavy bez p esných kontur. Na obrázku (viz Obrazová p íloha) je vid t jakoby Kristova tvá . (Vzhledem k tomu, že je otišt na negativn , dostáváme pozitivní obraz.) Jsou tam vid t také jasn rezavé skvrny od krve.
Keramické sošky z Oaxacy v Mexiku - Radia n indukovaná termoluminiscence Tyto sošky se nacházejí ve sbírkách v novaných indiánským kulturám žijícím na území Mexika p ed p íjezdem Kryštofa Kolumba. Keramické sošky ze státu Oaxaca jsou konkrétn
20
dílem zapotecké kultury, jejíž n jv tší rozmach byl v letech 200 - 800 n.l. Historikové se domnívají, že tyto sošky byly nejspíš používány jako urny. Nicmén takovýchto sošek existuje spousta a archeologové nemohou zaru it, že se nejdná o pad lky. Termoluminiscen ní metodou bylo konkrétn zkoumáno 117 sošek ze sbírky v St. Louis Art Museum. P estože na pohled vypadaly všechny stejn , výsledky pr zkumu dopadly takto: U 96 sošek, které vypadaly jako pravé, bylo prokázáno, že opravdu pocházejí z let 200 800 n.l. U dalších 5 sošek, které vypadaly jako pravé, bylo zjišt no, že jsou to pad lky z moderní doby. P esto, že zbývajících 16 sošek se zdálo falešných, 14 z nich opravdu pocházelo ze zapotecké kultury a pouze 2 z nich byly pad lky.
Benátské vily - Radia n indukovaná termoluminiscence Pr zkum cihelné architektury v benátské oblasti byl proveden na p elomu 70. a 80. let 20. století. P i n m bylo zkoumáno velké množství vil, mezi kterými k t m nejznám jším pat í Villa Almercio, Capra, Valmarana, která se též nazývá La Rotonda. Jde o jedno z nejvýznamn jších d l Andrey Palladia, italského renesan ního architekta p sobícího v 16. století. Vzhledem k tomu, že stavba vily byla zahájena ve druhé polovin 60. let 16. století, Palladio se její dostavby nedožil (zem el roku 1580) a po jeho smrti ji dokon il Vincenzo Scamozzi, až na zem d lské k ídlo, které bylo dostav no teprve v roce 1620, po smrti druhého architekta. Pozd ji byly provád ny ješt další úpravy. Tyto poznatky, p esné asové vymezení stavby jednotlivých ástí a složitý vývoj této budovy, byly získány díky termoluminiscen ní metod aplikované ve všech ástech domu. Odebralo se celkem 86 vzork z r zných míst stavby. Zjistilo se, že vzorky pocházejí z šesti r zných období: nejstarší z nich z roku 1575, kdy stavbu vedl p vodní architekt Palladio; 1616, kdy stavbu p ebírá Scamozzi; 1657, kdy byla villa opravena a naproti ní z ízena kaple stavitelem Albanesim; 1679, kdy byla provedena další oprava a obnoveny fresky pod vedením Dorignyho; 1716, kdy Muttoni provedl stavební úpravy, podle TL datování mnohem rozsáhlejší, než se historikové p vodn domnívali a 1765, kdy došlo k posledním stavebním úpravám pod vedením Berlotti-Scamozziho.
21
Drakeova deska - Analytické metody (aktiva ní analýza, rentgenfluorescen ní analýza, emisní spektrometrie, atomová absorb ní spektrometrie)
Jedná se o mosaznou desku o rozm rech 3,2 mm x 20 cm x 14 cm, která byla nalezena v roce 1936 v Martin County u Sanfranciského zálivu a nyní je p echovávána v Bancroft Library na University of California v Berkeley. Tato deska obsahuje prohlášení slavného anglického mo eplavce Francise Drakea, kde uplat uje ve jménu anglické královny Alžb ty v roce 1579 nárok na americkou zemi. Autenticita desky však nebyla nijak prokázána, a tak v roce 1974 editel Bancroft Library, Prof. J.D.Hart, rozhodl o tom, že tato deska má být prov ena. Pomocí aktiva ní analýzy byl zjišt n obsah Cu, Zn, Cd, Sn, Ag, Sb, In a Au, dále rentgenfluorescen ní analýzou byl stanoven obsah Pb a Fe, emisní spektroskopií Mg a znovu Fe a nakonec také prvky Pb, Ag a Cd pomocí atomové absorb ní spektrometrie. Vzhledem k tomu, že materiál obsahuje olovo a železo, zinek ve slitin musel být vyráb n v retortové peci pravd podobn
s redestilací. P itom tato technologie byla uvedena v praxi až koncem
18.století. Dále materiál obsahuje velmi nepatrné množství Sb, As, Ni, Co, Ag a Au, to zamená, že pro slitinu byla použita velmi istá m
, což kolem roku 1579 nebylo možné.
Takto kvalitní m di se dosáhlo až v polovin 19.století. Deska je vysoce homogenní a její tlouš ka rovnom rná, což poukazuje na válcovanou mosaz vyráb nou až ve 20.století. Všechny tyto d kazy tedy potvrzují, že jde o pad lek, který mohl být vyroben nejd íve koncem 18.století, ale spíše až ve století dvacátém. Kdo ji vyrobil a pro tak u inil, to nebylo dodnes vypátráno.
eng Hua porcelán - Rentgenfluorescen ní analýza Tento modrobílý ínský porcelán z ejm pochází z doby vlády ínského panovníka engHua z dynastie Ming, jak odpovídá jeho ozna kování a stylu porcelánu. Roku 1978 byl mezi ostatními p em ty vyzdvižen z vraku špan lské galeony Nuestra Se ora de la Pura y Limpia
22
Concepción, která se potopila v roce 1641 v d sledku hurikánu na sever od dnešní Dominikánské republiky p i své plavb z mexického Vera Cruzu do špan lské Sevilly. Nesla náklad st íbra, zlata, perel, drahých kamen a r zných cenností z nového sv ta, ale také zboží z Orientu, mezi kterým byl i uvedený ínský porcelán. N které šálky, íšky a talí ky se uchovaly p ímo v korálovém útesu naprosto nepoškozené, takže u nich lze zaru it pravost. Jsou to jedny ze vzácných kus
ínského porcelánu té doby zachovaných v západních
sbírkách a jejich složení tedy m že sloužit k ov ení pravosti dalších kus porcelánu jako srovnávací standard. Byla provedena analýza 30-ti kus tohoto pravého porcelánu a n kolika pad lk . V pad lcích je rozdílný pom r prvk Rb/Sr a Zr/Nb než u pravých vzork , jak je patrné z následujícího korela ního grafu:
Obr. 3.1: Korela ní graf vyjad ující složení skute ného a napodobeného eng Hua porcelánu
Relikviá svatého Maura - Radionuklidová rentgenfluorescen ní analýza V roce 1988 byl pod podlahou zámecké kaple v Be ov nad Teplou znovu objeven
23
relikviá svatého Maura, který zde byl ukryt od konce války. Tento relikviá pochází již z první tvrtiny 13.století. Je vyzdoben trnácti soškami z pozlaceného st íbrného plechu a dvanácti pozlacenými vlysy s výjevy ze života sv. Maura a sv. Apoliná e. Po objevu tohoto relikviá e v roce 1988 bylo nutné ho zrestaurovat. Napomohl tomu pr zkum metodou radionuklidové rentgenfluorescen ní analýzy, která ukázala, že st edov ký zlatník, který ho vyráb l, potíral st íbný p edm t amalgamem a poté ho žíhal, a to r zným zp sobem. Dokládají to získaná spektra charakteristického zá ení vybuzená v r zných ástech výzdoby. Zatímco první vzorek, jak je vid t v následujícím grafu, obsahuje v povrchové vrstv velké množství rtuti, ve druhém vzorku se tém
žádná rtu nevyskytuje.
Obr. 3.2: Spektra charakteristického zá ení vybuzená v r zných ástech výzdoby relikviá e sv.Maura 24
Fresky na Karlštejn - Radionuklidová rentgenfluorescen ní analýza Jde o nást nné malby, které pocházejí už ze 14.století, ale v 19.století byly restaurovány. Radionuklidová rentgenfluorescen ní analýza umož uje zjistit, které ásti fresek jsou p vodní a které musely podstoupit restaurování. D je se tak na základ složení použitých barev, nebo pro každé období i pro každou oblast m ly barvy vlastní charakteristické složení, stejn tak každý malí ský mistr míchal barvy jinak. Pokud by tedy nebylo známo, kdo fresky namaloval, dalo by se to eventuáln zjistit touto metodou. Také se takto dá ur it doba, ze které dílo pochází, pop ípad se tak dají objevit pad lky. V následujících grafech je vid t rozdíl ve spektrech erné barvy nam ených na p vodní malb a na restaurované ásti. Samoz ejm i další barvy použité na fresce mají rozdílná spektra.
Obr. 3.2: Srovnání spekter p vodní erné barvy na fresce a erné barvy použité p i oprav v 19.stol. 25
4. VLASTNÍ POKUSY A POZOROVÁNÍ Nyní bych cht la podat stru nou informaci o svých vlastních zkušenostech s metodou spektrometrie zá ení gama. V ervnu roku 2005 prob hl na
VUT v Praze ,,Fyzikální týden“, kterého jsem se
zú astnila a kde jsme spolu se skupinou dalších student provedli vlastní pozorování v oblasti spektrometrie zá ení gama pomocí p ístroj , které nám VUT poskytlo.
Seznámení se s problematikou První den našeho experimentování nám byl p edstaven náš supervizor Vojt ch Petrá ek z FJFI VUT. Ten nám teoreticky vysv tlil princip gama zá ení, jeho m ení a využití a pov il nás následujícími úkoly:
I. Identifikace neznámého zá i e Pracovali jsme s aparaturou, která se skaládala ze scintila ního detektoru, analogov digitálního konvertoru a amplitudového analyzátoru. M li jsme k dispozici n které zá i e se známým spektrem (radionuklid cesia a kobaltu). Naším úkolem bylo stanovit neznámý zá i , který nám byl p edložen k pr zkumu. Tím, že jsme umístili zá i , na katodu v scintila ním detektoru dopadalo zá ení, které bylo díky své podstat schopno ,,vyrazit“ odtud elektron. Ten putoval dále ke katod s vyšším nap tím, a protože jeho energie byla zvýšena o potenciální rozdíl, ,,vyrazil“ z další katody svazek elektron . Tento proces se n kolikrát opakoval na dalších katodách, až na koncovou anodu dopadl tak velký svazek elektron , že se dal detekovat na p ístrojích. Signál ze scintila ního detektoru se dále upravil pomocí analogov -digitálního konvertoru a amplitudového analyzátoru. Aparatura byla p ipojena na po íta , kde jsme získali následující výsledky:
26
Obr. 4.1: Výsledné grafy p i m ení radionuklid
137
Cs a 60Co
Známe energii odpovídající píku úplného pohlcení energie u t chto dvou prvk , jejichž hodnoty jsou: cesium................................E
1
= 1332 keV
kobalt.................................E
2
= 1173 keV
Po íta nám pomohl ur it p íslušný kanál, takže jsme mohli sestavit rovnici energie:
E
4,8389 x 126,97
Obr. 4.2: Graf závislosti kanálu na energii P i použití neznámého zá i e nám po íta zaznamenal tento graf:
Obr. 4.3: Graf neznámého radionuklidu 27
Pomocí kalibra ní k ivky a již známé rovnice energie jsme vypo ítali energii pro p íslušný kanál. Podle tabulkových hodnot se tato energie nejvíce blížila nuklidu 24Na. Poda ilo se nám tedy zjistit, že neznámým zá i em je sodík.
II. Analýza materiál Dále jsme pomocí zmín né aparatury provád li rozbor materiál , které jsme m li k dispozici, a ur ovali jejich složení. Nejprve to bylo cesium - jeho izotop
137
Cs, náš známý
zá i . Poté jsme na scintila ní detektor umístili olov nou desti ku a po ní zlato. Grafy všech t chto prvk jsme zaznamenali do jednoho obrázku, aby bylo možné jejich srovnání.
Pb
Au Cs
Obr.4.4: Závislost etnosti impuls na energii pro 137Cs, olovo a zlato. Jak je patrné z grafu, nedošli jsme p i tomto experimentu k uspokojivým výsledk m.Vzniklé píky totiž nedosahují maxima a minima v bodech, ve kterých by m ly. První naší domn nkou bylo, že materiál, který jsme pro m ení použili, nebyl zcela vhodný. Vzorek cesia i olova však byl k dispozici jen jeden, proto co se tý e t chto dvou prvk , nemohli jsme sv j p edpoklad potvrdit. Pokud jde o zlato, vyzkoušeli jsme velké množství r zných vzork , p edevším šperky v podob zlatých náušnic, etízk , náramk . Výsledek byl však stále stejný. Další pokus opravit chybné m ení spo íval v tom, že jsme zkoumaný materiál neumis ovali p ímo na detektor , ale st ídav do v tší i menší vzdálenosti. Ani to však
28
neovlivnilo výsledek m ení k lepšímu. Ješt jsme se pokusili vym nit amplitudový analyzátor za jiný (m li jsme k dispozici dva), pop ípad ho z m ící aparatury vy adit, protože pro naše m ení nebyl nezbytn nutný. Ale ani tento krok nem l na naše pozorování zvláštní ú inek. Protože jsme na provedení pokusu m li jen omezený
as, nemohli jsme v
experimentování dále pokra ovat. Po konzultaci s naším supervizorem jsme došli k názoru, že p ístroje z ejm nefungují tak, jak by m ly. Konkrétn šlo o analogov digitální konvertor, který tou dobou už prý byl oficiáln vy azen z provozu, a VUT pro v tšinu svých výzkum používalo nov jší p ístroje umíst né v jiné laborato i. Nicmén pro naše ú ely vyzkoušet si princip spektrometrie zá ení gama tato aparatura byla dosta ující.
Výsledky práce Z výsledk našich úsp šných i neúsp šných pokus a pozorování jsme sestavili krátkou prezentaci a sepsali lánek do sborníku p ísp vk . Poslední den jsme své bádání prezentovali na konferenci, které se ú astnili všichni organizáto i i ú astníci Fyzikálního týdne. Mohli jsme vše porovnat se skupinami ,,badatel ", kte í m li témata práce p íbuzná tomu našemu jako nap . Spektrometrie gama zá ení a rentgenfluorescen ní analýza, Atomová absorp ní spektrometrie i Využití radionuklidové rentgenfluorescen ní analýzy p i studiu památek. Je velmi d ležité, aby mezi badateli existovala spolupráce a vzájemná pomoc, což bylo na Fyzikálním týdnu spln no. Tato akce je po ádána každým rokem, n která témata jsou obm ována, jiná z stávají. Pokud se bude i v p íštích letech n kdo další v novat naší Spektrometrii gama zá ení, m že nahlédnout do našich podklad a pokro it ve své práci o kousek dál. Toto byl tedy hlavní význam naší práce: Vytvo it jeden lánek v et zci pokus a omyl . I když jsme práv my neu inili žádný významný objev, n který mladý badatel, který p ijde po nás, se vyvaruje našich chyb a tím bude mít ušet enou práci v za átcích. Protože p edevším na tomto principu je založen sv t v dy.
Pod kování Cht la bych pod kovat Fakult
jaderné a fyzikáln
inženýrské, která tuto akci
zorganizovala, a Nada nímu fondu teoretické fyziky za sponzorství. Samoz ejm také našemu supervizoru panu Vojt chu Petrá kovi za trp livost, kterou s námi m l, a všem pracovník m
29
VUT za ochotu s ímkoliv nám pomoct, když jsme to pot ebovali. D kuji také Mgr. Miroslavu Dudovi, se kterým jsem celou práci konzultovala, za jeho radu a pomoc.
30
5. ZÁV R Doufám, že tato práce splní sv j ú el alespo v n kterém z bod , kterých jsem cht la dosáhnout. Byla to p edevším snaha získat na svou stranu mladé lidi, kte í t eba o této v dní disciplín ješt neslyšeli, a znovu oslovit ty, kte í se o ni zajímají stejn jako já. Takto by se mi poda ilo posunout p ípravy na rozší ení archeometrie na eských univerzitách alespo o kousek dál. Doufám, že k nyn jším pracovištím v eské republice, ze kterých m žu jmenovat VUT v Praze, Karlovu univerzitu v Praze, Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze, Mendelovu zem d lskou a lesnickou univerzitu v Brn , Státní ústav památkové pé e v Praze a jeho pobo ky v regionech, Archeologické ústavy Akademie v d R v Praze a v Brn a Botanický ústav AV R v Pr honicích, p ibudou mnohé další. Tomuto ú elu by nesmírn pomohla publikace mé práce nap íklad v periodikách pro mladé tená e. Krom toho by se dala také využít jako pom cka pro st edoškolskou výuku. Nebo podle mého názoru jsou osnovy st edoškolské fyziky p íliš stereotypní, vzhledem k tomu, jak rychle se tato v da vyvíjí. Není divu, že pak o ni studenti ztrácejí zájem a v nují se rad ji humanitním obor m, jak dokazují srovnávací testy realizované na základních školách v roce 2006, kde bylo dosaženo výrazn lepších výsledk v jazycích než v matematice. Myslím, že kdybychom mohli studenty motivovat n ím zajímavým a aktuálním, jejich zájem o fyziku by byl v tší. Navíc problematika této práce se týká nejen fyziky, ale i um ní a archeologie, ímž se rozši uje okruh tená . Mohla by tedy sloužit jako didaktická pom cka k t mto ú el m. Ve své snaze podporovat archeometrii jsem teprve v za átcích, ale ráda bych pokra ovala i v budoucnu. Pokud to bude možné, tento rok se op t zú astním Fyzikálního týdne na VUT - tentokrát bych cht la zkusit Rentgenfluorescen ní analýzu p i studiu památek, která mi minulý rok bohužel nebyla p id lena. Tímto sm rem bych se cht la ubírat i na vysoké škole pokud to nebude možné v
eské republice, zkusím to v zahrani í, ale ráda bych tuto práci
rozvedla do v tších me ítek.
31
LITERATURA [1] Z.Kluiber a kol.: Moderní sm ry ve fyzice (Modern Topics in Physics); kap.6 - Ladislav Musílek: Ionizující zá ení v archeometrii a d jinách um ní; kap.7 - Tomáš echák: Radionuklidová rentgenfluorescen ní analýza. Praha, ARSCI 2003
[2] Fyzikální týden 19. - 23. erven 2005: Sborník p ísp vk . Praha, FJFI VUT 2005 [3] D.Halliday, R.Resnick, J.Walker: Fyzika 5 - Moderní fyzika [4] M.Kubelík: Termoluminiscen ní datování historické architektury; kap.2 - Rekonstrukce památek. 1995
[5] kolektiv autor : Encyklopedický slovník. Praha, Odeon, 1993 [6] Matematické, fyzikální a chemické tabulky. Praha, Státní pedagogické nakladatelství, 1980
[7] D.C.Giancoli: Physics - Principles with applications [8] http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/historie [9] http://astronuklfyzika.cz/DetekceSpektrometrie.htm#4
32
6. OBRAZOVÁ P ÍLOHA
Obr. 6.1: Turínské plátno
Obr. 6.2: Keramická soška z Mexika
Obr. 6.3: La Rotonda 33
.
Obr. 6.4 Drakeova deska
Obr. 6.5: Ukázky ínského porcelánu z dynastie Ming
34
Obr. 6.6: Relikviá svatého Maura
Obr. 6.7: Ukázka malí ské výzdoby na hrad Karlštejn
35
Obr. 6.8: AMS Spektrometr
Obr. 6.9: Hmotnostní spektrometr
Obr. 6.10: Ramanovský spektrometr 36
