Kasztovszky Zsolt

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Szilikát anyagú régészeti leletek és nyersanyagaik eredetének meghatározása

VII.1. Összegzés

Értekezésemben bemutattam a Budapesti Kutatóreaktornál 1997-ben kezdeményezésemre indult, és napjainkban is zajló, a prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi (ezen belül archeometriai) alkalmazásaival kapcsolatos kutatások egy részét.

1996-ban, Molnár Gábor vezetésével, az akkori Izotópkutató Intézet Magfizikai Osztályán Belgya Tamás, Révay Zsolt, Kis Zoltán, Fazekas Béla, Östör József és Dabolczi Lajos munkája nyomán készült el a Budapesti Kutatóreaktor 1. sz. neutronvezetőjén a hazai prompt-gamma aktivációs analitikai berendezés első változata. 1996 őszétől Révay Zsolt vezetésével, már az én részvételemmel kerestük a PGAA-módszer lehetséges alkalmazásait.

Nemzetközi irodalmi példák alapján vetettük fel az archeometriai alkalmazások lehetőségét. Az 1998-ban Budapesten rendezett Nemzetközi Archeometriai Szimpóziumot (ISA 1998) megelőző egy évben T. Biró Katalin és Vaday Andrea régészekkel, majd Szakmány György geológussal együttműködve elsőként kezdtünk PGAA próbaméréseket különböző régészeti leleteken, és vizsgáltuk a módszer ilyen jellegű alkalmazási lehetőségeit, elsősorban provenienciakutatásokban.

Az elmúlt mintegy 25 évben több mint 6100 régészeti leletet és nyersanyagmintát vizsgáltunk a budapesti PGAA laboratóriumban, munkatársaimmal közösen. A különböző lelettípusok közül legnagyobb számban obszidiánból, tűzkőből, kvarcporfírból készült pattintott kőeszközöket, zöldpalából, kékpalából, bazaltból, szaruszirtből, szerpentinitből, nefritből stb. készült csiszolt kőeszközöket, féldrágaköveket (lápisz lazuli, türkiz, variszkit, karneol), kerámiákat, üvegeket és fémeket (bronz, vas, ezüst, arany) vizsgáltunk. Ismereteink szerint a budapesti laboratórium az egyedüli kutatóhely a világon, ahol a PGAA módszert évtizedeken keresztül zajló, szisztematikus örökségtudományi kutatásokban alkalmazzuk.

A PGAA-módszer vitathatatlan előnye, hogy a kivezetett neutronnyalábokkal szinte tetszőleges méretű tárgy „tömbi” összetételét meg lehet határozni mintavétel, valamint a tárgy károsítása, mikroszkopikus vagy makroszkopikus roncsolása nélkül. A nyert összetételi adatok általában nyersanyageredet (proveniencia-) meghatározására, műhelyazonosításra, illetve hamisítványok kiszűrésére alkalmasak. Ugyanakkor a módszer hátránya, hogy elsősorban a geológiai főelemek mennyiségi kimutatására alkalmas, néhány kivételtől (H, B, Cl, Nd, Sm, Gd) eltekintve érzékenysége számos, az archeometriában fontos nyomelemnél nem éri el az NAA és LA-ICP-MS módszerek érzékenységét. A neutronok kutatóreaktorokban történő előállítása ezen felül költséges, a kísérleti berendezések helyhez kötöttek, ami megnehezítheti egyes értékes, korlátozottan szállítható műtárgyak elemzését.

A pattintott kőeszközök tárgycsoportjában a PGAA kiválóan alkalmas a különböző eredetű obszidiánok elkülönítésére (elsősorban a B-, Cl- és Ti-tartalom alapján). A PGAA néhány esetben képes olyan obszidián alcsoportok elkülönítésére, amelyek megkülönböztetése a hagyományos kézi XRF-fel nem lehetséges. Kevéssé alkalmas a módszer nagy (>95 m%) Si-tartalmú kovakőzetek változatainak (tűzkő, radiolarit, szarukő, limnokvarcit), illetve a különböző nyersanyaglelőhelyekről származó ezen kőzeteknek egymástól való megkülönböztetésére.

A PGAA-mérések alapján a csiszolt kőeszközök nyersanyagai közül bizonyos típusokat (szerpentinit, nefrit, homokkő, nagy Mg- és Ca-tartalmú ún. „fehér kő”) jól, más típusokat (zöldpala, kontakt metabázit, kékpala, bazalt, dolerit, metadolerit) kevésbé eredményesen tudunk megkülönböztetni egymástól. A PGAA-módszert más módszerekkel (mágneses szuszceptibilitás mérés, SEM-EDX) kiegészítve sikeresen alkalmaztuk a Kárpát-medencében fellelt csiszolt kőeszközök nyersanyageredetének azonosítására.

A lápisz lazuli leletek archeometriai kutatása során az általunk vizsgált nyersanyagok közül az uráli és chilei eredetűek (elsősorban S- és Cl-tartalmuk alapján) jól elkülönülnek egymástól és az afganisztáni, valamint bajkáli nyersanyagoktól. Ugyanakkor az afganisztáni és bajkáli nyersanyagok nem minden esetben különböztethetők meg egymástól. A vizsgált szíriai és egyiptomi lápisz lazuli régészeti leletek nyersanyagának többsége afganisztáni eredetűnek bizonyult, de nem minden esetben lehetett egyértelműen azonosítani a nyersanyaguk eredetét. A nem lápisz lazuliból készült leletek minden kétséget kizáróan megkülönböztethetőek a gyakran hasonló megjelenésű lápisz lazulitól.

Az üvegek archeometriájában a PGAA-módszer jól alkalmazható a fő üvegalkotók (Si, Na, K, Ca, Mg, esetenként Ba, Pb), valamint további színező, színtelenítő és egyéb adalékanyagok (B, Co, Cu, Mn, Fe) mennyiségi meghatározására. A tömbi összetétel alapján sikerrel azonosítottunk mükénéi, késő római és késő antik, bizánci és középkori üvegtípusokat.

Az értekezésben tárgyalt anyagtípusokon túlmenően a PGAA-módszer számos egyéb örökségtudományban előforduló anyagfajta vizsgálatára alkalmas. A budapesti PGAA berendezés archeometriai alkalmazásai lehetőségeinek feltérképezése során, nagyjából 1997 és 2002 között a szilikát anyagú régészeti anyagok mellett megvizsgáltuk a módszer alkalmazhatóságát pl. kerámiák, fémek (bronz, ezüst, arany, vas), márvány, valamint csont mintákra is. A kezdeti próbálkozásokat követően a kerámiák vizsgálatát laborunkban Szilágyi Veronika, régészeti fémek vizsgálatát Maróti Boglárka folytatta részletesebben, mindketten ilyen témákból írták PhD-értekezésüket.

Kerámia vizsgálatoknál a PGAA kiegészítő információt adhat a kerámia alapanyagának (az agyagnak) átlagos „tömbi” összetételéről, de mivel a kerámia egy meglehetősen összetett anyag, amely az agyagmátrix mellett pl. ún. soványító anyagot is tartalmaz, a kerámiák provenienciavizsgálatához elengedhetetlen a polarizációs mikroszkópos elemzés, valamint a több nyomelemet, többek között a teljes ritkaföldfém-sort magába foglaló geokémiai elemzés (NAA) (Bernardini et al. 2020).

Kutatásaink szerint a PGAA alkalmas a régészeti fémek közül a bronzok, illetve rézötvözetek főösszetevőinek (Cu, Sn, Pb, Zn, As, Sb) mennyiségi meghatározására, amennyiben a réz melletti egyéb összetevő mennyisége eléri a néhány tömeg%-ot (Maróti et al. 2018, Szabó et al. 2019). PGAA-val elvileg lehetséges Cu-Ag ötvözetek, illetve Au-Ag ötvözetek ötvözőinek mennyiségi meghatározása is, de az Ag és Au PGAA-spektrumok bonyolultsága, nagy „csúcssűrűsége”, gyakori csúcsátlapolások miatt a spektrumok kiértékelése igen körülményes (Kasztovszky et al. 2005b, Šmit et al. 2020).

Archeometallurgiában gyakran felmerülő kérdés a régészeti vastárgyak szén-, illetve foszfor- és kéntartalmának a meghatározása. Elvileg mind a C, mind a P és S mérhető PGAA-val, neutronbefogási hatáskeresztmetszetük azonban nagyon kicsi, illetve kicsi (0,0035 barn, illetve 0, 172 barn és 0,534 barn). Ezért a gyakorlatban vasminták szén-, foszfor- és kéntartalma csak néhány m/m% felett határozható meg, ami a legtöbb esetben nem elegendő régészeti kérdések megválaszolásához.

A PGAA archeometriai alkalmazásainak a kezdetén (2005-ben) kísérleti jelleggel mértünk régészeti márványbányákból származó nyersanyagokat. Tapasztalatunk szerint márványlelőhelyek azonosításához szükséges ujjlenyomat-szerű nyomelemek (pl. Fe, Mn, Sr, Cd, V, Y, La, Ce, Yb, U) kimutatására a PGAA nem elég érzékeny (Zöldföldi et al. 2005).

Szintén a PGAA archeometriai alkalmazásai kezdetén kísérleti jelleggel mértünk porított csontmintákat, többek között egy fosszilis dinoszauruszcsont mintát, egy IAEA csont referenciamintát, valamint 2022-ben az IPERION projekt keretében elefántcsontból készült régészeti tárgyakat (későneolitikumi idolok Portugáliából). Azt találtuk, hogy PGAA-val a fosszilis csont főösszetevői (H, C, N, O, P, Ca) mellett B, Na, Mg, Si, S, Cl, K, Mn, Fe is kimutatható. További, a csontok bioarcheológiájában fontos nyomelemek (pl. Ba, Sr, Cu, Hg, V, Zn, Pb, As, F, Se, Br) a PGAA kimutatási határai alatti koncentrációkban fordulnak elő. A fenti nyomelemek mérésére a „kvázi-roncsolásmentes” lézerablációs ICP-MS- (LA-ICP-MS-) technika a megfelelő (Maurer et al. 2019).

A prompt-gamma aktivációs analízis alkalmazásának mérlegelésekor érdemes a módszer előnyeit és hátrányait (hiányosságait) egymás mellé helyezni.

7.1. táblázat. A PGAA módszer előnyei és hátrányai általános analitikai alkalmazások során

A PGAA előnyei	A PGAA hátrányai
roncsolásmentes – megj.: ez gyakorlati szempontból igaz, a magátalakulások száma a mérés során ~1010 nagyságrendű. Az indukált radioaktivitás kicsi, és gyorsan „lecseng”. → A tárgy visszaadható a múzeumnak. Nem igényel mintavételt, mintaelőkészítést. Tetszőlegesen nagy tárgy behelyezhető a neutronnyalábba.	Ezzel szemben a vizsgálatokhoz szükséges neutronok előállítása költséges. A kutatóreaktor, spallációs forrás, neutrongenerátor vagy izotópos neutronforrás üzemeltetése különleges biztonsági, sugárvédelmi figyelmet igényel.
A mérés eredménye a besugárzott max. néhány cm3 térfogatról kapott átlagos adat, az esetlegesen eltérő összetételű felszín adatai nem különíthetők el. A PGAA-ra használt neutronnyaláb minimális mérete néhány mm2, ez korlátozza az elemtérképezés térbeli felbontását.	Feladattól függően ugyanez lehet a módszer hátránya is, ha egy eltérő anyagi minőségű felületi részről szeretnénk összetételadatot kapni. Ilyenkor kiegészítő módszerek (XRF, PIXE) alkalmazása ajánlott.
A PGAA elsősorban a (geokémiai) fő összetevők mennyiségi kimutatására alkalmas. Ezen kívül néhány – más módszerekkel rosszul mérhető – mellék- és nyomelem (H, B, Cl, Ti), Sm, Gd is jól mérhető.	Egyéb, a geokémiában diagnosztikus nyomelemek, pl. Rb, Sr, Y, Zr, Cs, Ba, La, további ritkaföldfémek általában a kimutatási határ alatt vannak.
	A PGAA a többi modern analitikai módszerhez (pl. ICP-MS) viszonyítva lassú, általában min. 1+1 óra egy minta mérése + kiértékelése. Bár automata mintaváltó alkalmazásával a sorozatmérés megoldható, a kiértékelés szakember közreműködését igényli.
	Mivel a világon csak néhány PGAA berendezés működik, a laborok közötti összemérés, tapasztalatcsere lehetősége korlátozott.

Látható, hogy a PGAA-t számos, a régészeti leletek között előforduló anyagtípus elemösszetételének roncsolásmentes meghatározására alkalmazhatjuk. Így a bölcsésztudományok közül a régészet, a restaurátori, művészettörténeti szakma egyértelműen hasznosíthatja ezt az egyedi anyagvizsgálati módszert. De vajon a PGAA örökségtudományi alkalmazása során előfordult-e valamilyen visszahatás a módszerfejlesztés irányába?

Igen, a homogénnek tekinthető minták tömbi („bulk”) elemzése alkalmával sok esetben természetes módon felmerült az igény a módszer teljesítőképességének a kiterjesztésére. 2006 és 2009 között az „ANCIENT CHARM” elnevezésű európai uniós projekt keretében dolgoztuk ki a Budapest Neutron Centrumban kollégáimmal az inhomogén minták neutronos képalkotással kombinált elemeloszlás-mérését, amelynek során a kiterjedt minta „elemtérképének” elkészítésére egy leszűkített hidegneutron-nyalábot alkalmazunk (Kasztovszky & Belgya 2006).

Összességében elmondhatjuk, hogy a prompt-gamma aktivációs analízis a műtárgyak károsítása nélkül értékes információt nyújthat kulturális örökségünk pótolhatatlan emlékeiről a társadalomtudományok számára. A 7.1. táblázatból látható, hogy a neutronos analitikai és szerkezetvizsgálati módszereknek a számos előny (elsősorban a roncsolásmentesség és a nagy áthatolóképesség) mellett vitathatatlanul vannak hátrányai is, pl. a neutronok nagy költségű előállítása és a nukleáris technikák alkalmazása során elengedhetetlen sugárvédelmi teendők (Kasztovszky et al. 2026). A hátrányokat is szem előtt tartva, úgy gondolom, hogy a neutronos kutatási technikákat nem iktathatjuk ki teljesen eszköztárunkból. Mivel azonban az Európában működő és felhasználók számára elérhető kutatóreaktorok száma az utóbbi években – tartósan vagy ideiglenesen – sajnálatos módon csökkent (Pungerčič et al. 2023), a Budapesti Kutatóreaktor – nagy tapasztalatú, kompetens kutatóközösségével együtt – véleményem szerint jelentősen megnövekedett.

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