Kasztovszky Zsolt

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Szilikát anyagú régészeti leletek és nyersanyagaik eredetének meghatározása

Az archeometriában leggyakrabban alkalmazott egyéb analitikai módszerek áttekintése

A röntgenfluoreszcencia-analízis (XRF) során a minta atomjainak gerjesztett elektronjai által kibocsátott karakterisztikus röntgensugárzást detektáljuk. Az XRF általánosan a Mg-tól az U-ig valamennyi elem kimutatására alkalmas, főként szervetlen anyagok (kőzetek, kerámiák, fémek, üvegek) elemzésére használják. Egy műtárgy kis részletének vizsgálatára ún. μ-XRF használható (Uhlir et al. 2008). Míg a hagyományos (labor-) XRF-méréshez a mintát megolvasztva homogenizálják, a hordozható XRF- (pXRF vagy hXRF) készülékkel végzett vizsgálat roncsolásmentesnek tekinthető, a röntgensugarak korlátozott behatolóképessége miatt azonban csupán a felszínközeli 10‒100 μm mélységből ad információt (Milić 2014).

Az ún. ionnyaláb-analitikai módszerek, a protonindukált röntgenemissziós (PIXE) és protonindukált gammaemissziós (PIGE) spektrometria nagyberendezéshez, lineáris gyorsítóhoz kötöttek. Érzékenységüket és behatolási mélységüket tekintve hasonlóak az XRF-technikához. A kivezetett nyalábos ionnyaláb-módszerek lehetővé teszik a nagyobb méretű tárgyak vizsgálatát mintavétel nélkül (Constantinescu et al. 2002).

A különböző neutronaktivációs módszerek az atommagok neutronbefogását követő karakterisztikus gammasugárzás detektálásán alapulnak. A hagyományos, ún. „instrumentális” neutronaktivációs analízis (INAA vagy NAA) roncsolásos, viszont igen érzékeny számos geokémiai fő-, mellék- és nyomelemre (Glascock & Neff 2003). A neutronaktiváció egy speciális változata a kivezetett neutronnyalábot alkalmazó prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA vagy PGNAA), amely nem igényel mintavételt, továbbá a besugárzás és a gammasugárzás detektálása egyidőben történik (Kasztovszky et al. 2022b). Az értekezésemben ismertetett kutatások során a fő vizsgálati módszer a PGAA volt. Meg kell jegyezni, hogy a vegyész és az örökségtudományi szakember (régész, muzeológus) mást ért roncsolásmentes (angolul non-destructive, non-invasive) vizsgálaton. Vegyész szemmel roncsolásosnak csupán a kémiai változást okozó beavatkozást tekintjük roncsolásosnak, míg örökségtudományi szempontból minden olyan beavatkozást, ami a műtárgy állapotát láthatóan vagy alig láthatóan megváltoztatja. Így tekintve, a fizikai mintavétel is roncsolásnak számít. Az értekezésben, és általában a munkánk során, a roncsolásmentesség kritériumát az utóbbi, szigorúbb formában használjuk. Az angol ’non-destructive’ kifejezést akkor használják, ha egy minta a vizsgálatot követően kémiailag és szerkezetileg változatlan marad, és további vizsgálatra felhasználható. Egy módszer ’non-invasive’, ha fizikailag nem hatol be, nem sérti meg vagy zavarja meg a vizsgált rendszert.

Érzékenység szempontjából az NAA-t meghaladó technika az ún. induktívan csatolt plazma-tömegspektrometria (ICP-MS), amely során a minta kis mennyiségét plazmaállapotban gerjesztik, és a gerjesztett atomokat a tömegspektrometria elvén szeparálják. A tömegspektrometriai módszerek az elemösszetételen túl izotóparányok meghatározására is alkalmasak. Az ún. lézerablációs (LA) ICP-MS alkalmazásakor néhány μm-es, szabadszemmel nem látható „kráterek” keletkeznek a vizsgált tárgyon, a módszer kvázi-roncsolásmentesnek tekinthető (Yi & Jwa 2016).

Többnyire szerves anyagok, illetve ásványi eredetű festékanyagok, illetve kerámiák, üvegek-mázak, ásványi berakások azonosítására, eredetük meghatározására is alkalmazzák a Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiát (FT-IR), valamint a Raman-spektroszkópiát, amelyek során a mintákat infravörös, illetve lézerfénnyel gerjesztik, majd a molekulák rezgési színképét mérik (Smith & Clark 2004). Az utóbbi időben a hordozható FT-IR és Raman-spektroszkópiai készülékek megkönnyítik a műtárgyak eredeti helyszínen (múzeumban, ásatáson) végzett vizsgálatait (Liu & Kazarian 2022).

A nyersanyaglelőhelyek, illetve műhelyek azonosításában, fémek korróziós állapotának a meghatározásában az elemösszetétel meghatározásán kívül a különböző szerkezetvizsgálati módszerek – a röntgendiffrakció (XRD) (Franceschi E. 2014), repülési-idő neutrondiffrakció (TOF-ND) (Kockelmann et al. 2006), valamint a kisszögű neutronszórás (SANS) (Botti et al. 2006) – is szerepet kapnak.

Meg kell jegyezni, hogy az ún. nagyberendezésekhez (kutatóreaktorokhoz, gyorsítókhoz, szinkrotronokhoz) kapcsolódó vizsgálatok költségeit jelentősen megnöveli a nagyberendezések fenntartása. Ugyanakkor a hagyományos, kisebb költségű elemzési módszerek (pl. optikai mikroszkópia, transzmissziós és szkenning elektronmikroszkópia) továbbra is fontosak az archeometriában. Az általam ismertetett kutatásokban – elsősorban a csiszolt kőeszközök nyersanyageredet-vizsgálatában – a mikroszkópos vizsgálatok fontos kiegészítők.

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 202 0

Kémia

Az örökségtudomány (angolul „heritage science”) fő célkitűzése, a tárgyi emlékeink elemzése és megőrzése a jövő nemzedékek számára, napjainkban kiemelt helyen szerepel Európa és az egész világ tudományos feladatai között.

A prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) az alkalmazott neutronnyaláb nagy áthatoló képessége következtében a tárgyak átlagos tömbi összetételéről szolgáltat adatokat. A PGAA-val elvileg minden kémiai elem kimutatható, elemenként eltérő érzékenységgel. A módszer kiválóan alkalmas értékes, egyedi minták, pótolhatatlan kulturális és természeti kincseink, például régészeti leletek roncsolásmentes örökségtudományi (archeometriai) vizsgálatára, elsősorban a leletek nyersanyagainak eredetmeghatározásában.

Kutatásaink a PGAA alkalmazhatóságára irányultak, főként szilikát anyagú régészeti leletek (kőeszközök, féldrágakövek, üvegek) archeometriai vizsgálataiban. Együttműködésben hazai múzeumokkal, egyetemekkel, Magyarországon elsőként végeztünk szisztematikus PGAA-méréseket különböző kőzetekből (obszidián, kovakőzetek, metamorf kőzetek), lápisz lazuliból, üvegből, valamint réz- és ezüstötvözetekből, kerámiából, készült régészeti tárgyak nagyszámú sorozatain. Munkatársaimmal összesen több mint 6000 archeometriai tárgyú PGAA-elemzést végeztünk, az egyes anyagfajtákra jelentős PGAA-adatbázisokat hoztunk létre, amelyekre számos jelenlegi hazai és nemzetközi régészeti kutatási projekt támaszkodik.

Az elmúlt 25 évben a budapesti PGAA-laboratórium mind a hazai, mind a nemzetközi tudományos életben elismertségre tett szert az archeometriai kutatások terén. Számos hazai és nemzetközi örökségtudományi tárgyú projektben vettünk részt. Tudomásunk szerint a budapesti az egyetlen, PGAA-t hosszú távú örökségtudományi kutatásokban alkalmazó laboratórium a világon.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kasztovszky-a-prompt-gamma-aktivacios-analizis-alkalmazasa-szilikat-anyagu-regeszeti-leletek-es-nyersanyagainak-meghatarozasara//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero