Využití ionizujícího záření při ochraně památek Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření doc. Ing. Tomáš Trojek, Ph.D. tomas.trojek@fjfi.cvut.cz Břehová 7, místnost 212 Dat obrazek z mereni na karlstejně

Ionizující záření - záření, které má dostatečnou energii k ionizaci a excitaci atomů prostředí, kterým prochází např. záření X, alfa, beta, atd. neutrální atom → elektron + kladně nabitý iont

Hlavní cíle při zkoumání a ochraně památek Zabránění dalšímu poškození památek Stanovit stáří (stáří předmětu nebo použitého materiálu, např. sklo) Potvrdit autenticitu (např. malby) Určit původ (porovnání použitého materiálu s jeho výskytem v přírodě) Odhalit restaurátorské práce provedené v minulosti (opravy nebo změny, např. nástěnné malby, nástroje) Popsat techniku výroby (příprava slitin) Popsat obchodní a kulturní vztahy mezi národy

Využití ionizujícího záření a radioaktivity Ozařování ohrožených památek Datovací metody Metody strukturní analýzy Metody chemické analýzy

Ozařování dřevěných předmětů Dřevo napadené červotočem Ozáření pomocí radioaktivní látky způsobí smrt dospělým jedincům i larvám Středočeské muzeum v Roztokách u Prahy

Určování stáří Nejznámější je radiokarbonová metoda 12C – stabilní 14C – vzniká v atmosféře – poločas rozpadu 5700 let smrt měření čas

Termoluminiscenční datovaní - Určování stáří keramiky nebo vypálených cihel - odběr malého množství vzorku - měření intenzity světla produkovaného při zahřívání na vysoké teploty - množství vznikajícího světla je přímo úměrné stáří předmětu

Měření struktury předmětů

Měření struktury předmětů Fotografie Radiografie pomocí záření X

Rentgenfluorescenční analýza radioanalytická metoda založená na buzení a detekci tzv. charakteristického záření k buzení charakteristického záření se užívají vhodné zdroje záření X (Rentgenovo záření) Záření X Charakteristické záření X (energie odpovídá prvkovému složení) - nedestruktivní chemická analýza povrchu předmětu

Vznik charakteristického záření Záření X Charakteristické záření X (energie odpovídá prvkovému složení)

Energie charakteristického záření Elektronové hladiny v atomovém obalu M La ~ 1,0 keV L M La ~ 0,7 keV Kb 9,6 keV L Ka 8,6 keV Kb 7,1 keV Ka 6,4 keV K K Atom železa (Z=26) Atom zinku (Z=30)

Závislost energie charakteristického záření na atomové čísle prvku Ka Energie charakteristického záření [keV] La Atomové číslo prvku (Z)

Aparatura s RTG zdrojem Detektor: Si-PiN Zdroj: Rentgenka - 30 kV, 100 mA

Spektrum bronzu spektra Impulsy Energie [keV] Doba měření: 10 minut

Výhody metody Nedestruktivní měření Multi-elementární analýza Přenosná aparatura Rychlost měření a okamžitá interpretace výsledků

Nevýhody metody Pouze prvková analýza Analýza povrchu předmětu Potíže při měření prvků s nízkým atomovým číslem Obtížná kvantitativní analýza

Měření relikviáře sv. Maura Měření výzdoby relikviáře sv. Maura v době jeho restaurování Bečov nad Teplou

Měření relikviáře sv. Maura Měření pozlacených sošek z relikviáře sv. Maura Zjištěna přítomnost rtuti ve zlatě

Analýza rukopisů Měření inkoustu

Analýza rukopisů Minium Rumělka Olovnatá běloba Zlato Malachit Azurit

Analýza rukopisů

Měření nástěnných maleb Fresky na Karlštejně Spektrum červeného pigmentu Pravděpodobně směs rumělky a olovnaté běloby

Jak měřit mikroskopické objekty? Zdroj záření Měřená oblast na předmětu Velká měřená plocha a velký tok fotonů Kolimátor Zdroj záření Měřená oblast na předmětu Malá měřená plocha a malý tok fotonů

Jak měřit mikroskopické objekty? Zdroj záření Měřené místo – v ohnisku RTG optika Velmi malá měřená plocha a vysoká tok fotonů RTG optika - polykapilára

Jak měřit mikroskopické objekty? Rentgeny s polykapilární fokusací umožňují studovat oblast velikosti až 20 mm Polohovací zařízení Detektor Měřený vzorek Rentgen – zdroj záření

Mikroanalýza pigmentů Berlínská modř smíchaná s pojivem a nanesená na kousku papíru Naměřené spektrum v místě pigmentu Nalezené prvky: Ca, K, Fe

Mikroanalýza pigmentů a skenování Aparatura Vzorek Skenování pomocí polohovacího zařízení, které umožňuje pohybovat se vzorkem ve 2 směrech Vybraná plocha 1 mm2 Skenována po 10 mm Měřeno v 10 000 bodech

Mikroanalýza pigmentů a skenování 1 mm Nejnižší koncentrace Nejvyšší Distribuce železa

Mikroanalýza inkoustu a skenování 3 mm Distribuce železa 4 mm

Poškozený rukopis

Mikroanalýza inkoustu a skenování 1,5 mm 2 mm Nejvyšší koncentrace Nejnižší koncentrace Distribuce železa

Středověký rukopis

Železo 6 x 7 mm2

Analýza keramiky Sumární spektrum Identifikováno 11 prvků Kde se tyto prvky nacházení?

Skenování v místě zlomu vzduch Zpětně rozptýlené záření glazura 0,5 mm hlína 2 mm

Děkuji za pozornost Laboratoř ESRF - Grenoble