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各种金属文物国宝的X射线探伤

  射线探伤是利用射线穿透物质的程度不同,在穿透过程中具有一定的衰减规律,并能使用照相胶片发生感光作用或使某些化学元素和化合物发生荧光,来发现被检物体内部缺陷的一种探伤方法。因其具有无损检测的特性,能在不破坏文物效果的基础上对文物保存状况、修复前痕迹、相关历史信息、器物制作工艺特点等进行一一分析,因此在文物保护与研究工作中应用广泛。

01应用


汉铭文镜修复后的探伤照

 

X射线探伤技术在文物领域的应用始于19世纪20年代对纸质文物艺术品的检测。19世纪50年代时,美国的博物馆开始使用该技术检测铜器,并获得了较好的检测成果。截至目前,X射线探伤实现了以下5个方面的应用。

 

石膏包分析

X射线探伤技术能准确探测出石膏包体内部金属物质的位置以及金属物质的保存情况,还能圈定骨器所在位置,判断骨器的材质与类型。石膏包体的X射线探伤必须具备可行条件(石膏包内物质的保存情况),否则探测效果会受到影响,可能会出现穿透率降低、无法探测的问题。另外,石膏包体内骨器的保存环境比较恶劣,骨器长期储存在腐蚀环境中,其状态只有在60kV的电压条件下才能显现出来,不然无法进行射线探测。

青铜器分析

X射线探伤应用于青铜器分析时可以在无损伤条件下成功探测出青铜器的内部结构、腐蚀情况、加固修复痕迹,获取芯撑、范缝、补铸等重要信息,以及直接拍摄出铜镜被覆盖的铭文、纹饰,探查青铜器制作工艺。

探测青铜器的X射线必须采用较高的管电压,以确保穿透青铜器内部的铜、铅、锡,射线拍摄距离控制在60厘米,所选择的管电压也要根据青铜器厚度的变化调整。

陶瓷鉴定

X射线探伤技术能够清楚有效地鉴定接底陶瓷器,从而避免肉眼观察、热释光测年、X射线荧光检测等对器底部位形成判断假象,但现阶段这一技术仍存在缺陷,如X射线会改变陶瓷器的热释光特性,且X射线底片只能反映平面的二维影像。

大型陶俑分析

由于陶俑质地较薄极易被X射线穿透,操作时要尽可能使用较低的管电压和电流进行测试,对大型陶俑一般选择60~100kV的管压,管电流为3mA。体型较大的陶俑需要进行多次拍摄和拼接才能得到理想的结果,拍摄时要注意光线、位置、电压、电流等变量保持一致,便于后续的拼接。

脆弱质文物软X射线分析

脆弱质文物较金属、陶俑等文物更易被穿透,拍摄时常采用能量较低的射线进行照射。通过调节管电压,采用不同管电压下的K60X射线(波长大于0.01nm)对不同材质的脆弱质文物进行分析:竹木简拍摄时管电压一般为10~25kV,电流为2mA2.5mA;漆器拍摄时为发现其轮廓和腐蚀状态,管电压使用20~60kV,电流为2mA2.5mA;陶瓷器一般选择35~80kV的管电压。

 

02 探伤实例

汉环首铜书刀

汉代文字主要书写在竹简、木简上,写错的地方就要刮掉修改,削书刀就是用来刮削木简、竹简的。安徽固镇县博物馆藏汉环首铜书刀通长22厘米,刃长20.5厘米,宽0.9厘米,厚0.648厘米,修复前一断两半,保存在无恒温恒湿设备的文物库房中。

从探伤照片中可以看到,因刀背部分铜质较好,厚度和密度也较高,设定的X射线参数没有照透这部分,所以在探伤照片中呈高亮白色;刀刃区域虽然铜质也较好,但由于厚度较薄、密度较低,在探伤照片中呈现较暗。观察照片还可以发现,书刀尾部三分之一处有一条裂缝,可以看到明显的修补痕迹。首部有多处小黑洞,这可能是铜书刀在铸造过程中铜质内部小气泡没能完全排出所致,也可能是铸造过程中掺入的炭渣等杂质导致此处铜质缺失。环部有微小缺损,推测是铸造或者使用过程中产生的瑕疵缺损,这种微小的瑕疵在肉眼和一般的照片下是看不到的,在X射线的照射下就显露了出来。

 

明竖耳衔环青铜炉

固镇县博物馆藏明竖耳衔环青铜炉口径8.6厘米,通高7.5厘米,三足,两侧竖耳衔环,圆形口沿。炉身通体锈蚀,底部受外力挤压变形并产生裂缝。

明竖耳衔环青铜炉修复前后及探伤照

X射线探伤照片中可以清晰看到青铜炉的三足和两耳。修复补配使用的是铜皮和3A胶,由于铜皮较薄、3A胶密度较低,易被X射线打穿,所以修复后的探伤照片显示不出。受外力挤压变形产生的机械性裂隙在底部清晰呈现,大面积较暗的区域即因挤压变形导致铜原子排列紊乱,导致其密度较原有铜体变小,故显现阴暗带有裂隙。照片中还可以看到裂隙黑暗处有两块亮处,此处为焊锡处。

 

汉规矩纹镜

固镇县博物馆藏汉规矩纹镜直径10.7厘米,厚0.482厘米,铜镜破碎为若干片,拼接后仍有缺损。铜镜表面有硬结物,锈蚀严重,修复前保存在无恒温恒湿设备的文物库房中。

汉规矩纹镜修复前后及探伤照

X射线探伤照片中可以看到铜镜残存的纹饰,铜镜边缘部位铜质较厚、亮度很高。这面铜镜碎裂严重,大面积残缺并有多处裂隙,150kV的电压打穿了铜皮补配和3A胶所在的部位,修复后的探伤照片中显示不出。裂隙周围的铜质因锈蚀程度高,铜质疏松,密度较原有铜体变小,所以照片中显示较暗。

 

汉铭文镜

固镇县博物馆藏汉铭文镜直径18.9厘米,厚0.7厘米,整体保存完整,边缘处碎成数片,拼接起有缺失。铜镜表面有硬结物,多处锈蚀严重。修复前也是保存在无恒温恒湿设备的文物库房中。

汉铭文镜修复前后

经过X射线的照射,可以清晰看到铜镜上面的铭文和纹饰,纹饰凸起部分较亮,中间部位稍暗,较边缘更薄。这面铜镜未经过铜皮配,但是却有小面积黑色区域,即之前提到的因锈蚀严重导致铜质流失严重,铜体密度变小,被X射线打穿,呈现出黑色。修复的焊接接缝部位特别清晰,除接缝外,铜体比较完整,铜质也较好。

03发展前景

 

X射线无损探伤技术让文物保护工作更加科学化、系统化,使文物保护修复有据可依,有理可循。未来随着科技的进步,X射线探伤技术会更广泛地应用于文物领域,并且有望探讨研究出一套结合其他检测分析手段进行文物鉴定的科学流程。对于文物修复而言,核心是恢复器物原貌,有效的检测可以在器物补配方面提供帮助。X射线无损探伤技术在金属文物保护修复方案的检测分析中可以测定文物的内部结构、腐蚀、修复痕迹等状况,为整体方案的制订和单个文物保护修复技术提供选择性的参考依据。

来源:《大众考古》20206月刊

作者:胡瑞,束梦盼,龚固

胡瑞为安徽固镇县博物馆馆长;束梦盼、龚固为南京大学文化与自然遗产研究所文物修复部工作人员。

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