Kasztovszky Zsolt

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Szilikát anyagú régészeti leletek és nyersanyagaik eredetének meghatározása

I.1. Bevezetés

Az örökségtudomány (angolul „heritage science”) célkitűzése, a tárgyi emlékeink elemzése és megőrzése a jövő nemzedékek számára napjainkban kiemelt helyen szerepel Európa és az egész világ tudományos feladatai között. Az örökségtudomány egy szűkebb területe az archeometria, azaz a régészeti leletek vizsgálata egzakt természettudományos módszerekkel. Az archeometria egyik fő kutatási iránya a provenienciaanalízis, a leletek nyersanyageredetének felkutatása. A provenienciakutatás során a régészeti leletek és összehasonlító nyersanyagminták valamilyen fizikai, kémiai tulajdonságát mérjük. A vizsgált minták lehetnek szervetlen (ásvány, kőzet, kerámia, üveg, fém, illetve érc, pigment, fosszília) vagy szerves (csont, bőr, fa, papír, textil, növényi maradvány) eredetűek. A természettudományos vizsgálatok eredményei alapján a régész, muzeológus szakemberek a tárgyak nyersanyageredetére, készítési helyére (műhelyekre) vagy a korabeli kereskedelmi viszonyokra következtethetnek (Liritzis et al. 2020). A legtöbb esetben a vizsgálat tárgya pótolhatatlan, ezért a vizsgálati módszerek közül előnyt élveznek a roncsolást nem okozó fizikai, kémiai módszerek.

A prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) a sugárzásos neutronbefogáson, az (n,γ) reakción alapuló nukleáris elemanalitikai módszer (Révay et al. 2004). A magfizikai jelenséget már az 1930-as években felfedezték (Amaldi et al. 1934, Lea 1934), az első elemanalitikai kísérleteket azonban csak az 1960-as évek végén, az 1970-es évek elején végezték el Saclay-ben, Grenoble-ban, illetve a Massachusetts Institute of Technology-n (Greenwood 1967; Lombard et al. 1968; Comare et al. 1969; Orohan et al. 1970; Henkelmann & Born 1973). A PGAA-módszer alkalmas egy ismeretlen minta elemösszetételének panorámaanalízis-szerű meghatározására.

Mivel a prompt-gamma aktivációs analízis során a vizsgálandó mintát egy, a neutronforrástól (kutatóreaktor, neutrongenerátor) elvezetett nyalábba helyezzük, a vizsgált tárgy mérete kevésbé korlátozott, nagyobb tárgyakból sem szükséges mintát venni. A kivezetett nyalábok viszonylag kis (106‒109 cm-2·s-1) intenzitása következtében a mintákban nem történik sem makroszkopikusan, sem mikroszkopikusan észlelhető fizikai-kémiai változás, továbbá az indukált radioaktivitás is gyorsan lecseng (Kasztovszky et al. 2022a, Kasztovszky et al. 2026). A fenti tulajdonságok kiválóan alkalmassá teszik a PGAA-t értékes, egyedi minták, pótolhatatlan kulturális és természeti kincseink, például régészeti leletek vizsgálatára.

A Budapesti Kutatóreaktornál az 1990-es évek első felében kezdődött a vízszintes neutronvezetők építése. A 1. számú neutronvezető végén az akkori MTA Izotópkutató Intézet Magfizikai Osztályának munkatársai 1995‒96-ban alakították ki a prompt-gamma aktivációs (PGAA) mérőhelyet, Molnár Gábor vezetésével (Molnár et al. 1997). A módszer standardizálását, a prompt k0-módszer kidolgozását, a PGAA-könyvtár adatainak mérését Révay Zsolt végezte el, lehetővé téve a kvantitatív elemzést (Révay 2009a, 2009b). A berendezés jelenlegi állapotát Szentmiklósi László és munkatársai írták le (Szentmiklósi et al. 2010). Az első hazai PGAA-mérések 1996 őszén kezdődtek. Ekkor a budapesti volt az egyetlen működő PGAA-berendezés Európában. Európán kívül az 1990-es években a japán JAERI (Yonezawa 1993) és az Egyesült Államok Maryland állambeli NIST (Paul & Lindstrom 2000) PGAA-laborjaiban folytak számottevő alkalmazott kutatások.

A PGAA geológiai, illetve régészeti alkalmazásai céljából – a Budapest Neutron Centrum mellett – a Missouri University Research Reactor (MURR), a NIST, a japán JAERI, valamint a németországi FRMII-ben (Kudejova et al. 2008) zajlottak kutatások. A kezdeti archeometriai tárgyú kísérleteket az említett laborok egyikében sem követték szisztematikus vizsgálatok, az archeometria vagy örökségtudomány nem vált a PGAA-módszer fő alkalmazási területévé. Ennek oka feltehetően az a tény, hogy a 106‒109 cm-2·s-1 intenzitású neutronnyalábokkal végzett PGAA nem alkalmas több száz mintából álló sokaság gyors elemzésére, így a gyors, ugyanakkor néha kevésbé pontos, esetenként roncsolásos mérési módszer (pl. hordozható XRF- vagy INAA-technika) sokszor előnyösebb a teljesen roncsolásmentes PGAA-val szemben.

A budapesti PGAA-berendezésnél a lehetséges alkalmazások között az elsők között foglalkoztunk a régészeti leletek vizsgálatával (Kasztovszky et al. 2000, Szakmány & Kasztovszky 2004). 1997-ben, az akkori MTA Régészeti Intézetével, a Magyar Nemzeti Múzeummal és az ELTE Kőzettan-Geokémiai Tanszékével együttműködve feladatul tűztük ki annak a szisztematikus felderítését, hogy a különböző anyagtípusokból készült régészeti leletek esetében milyen régészetileg releváns információk nyerhetők a PGAA-val mérhető összetételi adatokból. Az azóta is folyamatosan tartó munka eredményeként az egyes anyagfajtákra kollégáimmal közösen jelentős PGAA-adatbázisokat építettünk, amelyekre számos jelenlegi hazai és nemzetközi régészeti kutatás, projekt támaszkodik. 1997 és 2023 között munkatársaimmal eddig több, mint 6100 archeometriai tárgyú PGAA elemzést végeztünk, ezek egy jelentős részéhez kapcsolódó saját kutatási eredményeimet mutatom be, anyagfajtánként csoportosítva.

Az elmúlt mintegy 25 évben a budapesti PGAA-laboratórium, ezen belül az itt folyó archeometriai kutatások mind a hazai, mind a nemzetközi tudományos életben elismertségre tettek szert. Hasonló, a prompt-gamma aktivációs analízist az örökségtudományban szisztematikusan, hosszú távon alkalmazó laboratórium – tudomásunk szerint – nincs több a világon, kutatásaink egyedülállóak.

A részvételemmel kezdeményezett hazai együttműködések nyomán a 2000-es évek elejétől részt veszünk nemzetközi együttműködésekben, többek között az Európai Közösség keretprogramjaiban, a külföldi kutatók számára hozzáférést biztosító, ún. „access-programokban” (NMI3, CHARISMA, IPERION CH, IPERION HS) és a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség programjaiban. Napjainkban a budapesti PGAA-laboratórium mind hazai, mind nemzetközi szinten elismert örökségtudományi műhely, Magyarország elkötelezett az E-RIHS (European Research Infrastructure for Heritage Science) kutatási hálózatban való részvétel iránt.

Meg kell említeni, hogy az archeometria interdiszciplináris, komplex kérdéseket tárgyaló jellege miatt a prompt-gamma aktivációs analízis nem tekinthető kizárólagos vizsgálati módszernek. A PGAA alkalmazhatóságát örökségtudományi kutatásokban esetenként más analitikai módszerek (NAA, kézi XRF, SEM-EDS, neutron-diffrakció, PIXE, IR- és Raman-spektroszkópia) bevonásával szélesítettem. Az örökségtudomány szempontjából hasznosítható következtetések a legtöbb esetben a PGAA-módszert más vizsgálatokkal együttesen alkalmazva, a mérési adatokat geológusokkal, régészekkel közösen értelmezve nyerhetők. Az értekezésben ismertetett eredmények szinte minden esetben fizikusokat, vegyészeket, régészeket, geológusokat stb. összefogó kutató közösségek munkáját tükrözik. Az archeometria kutatások során törekedni kell a roncsolásmentes vizsgálatok végzésére, amelyeknek fontos kritériuma, hogy elkerüljük a műtárgyak vizsgálatok általi károsítását. Esetenként azonban csak a roncsolásos, azaz mintavétellel járó módszerek adnak megfelelő, a régész, művészettörténész, restaurátor számára használható eredményt.

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