文物的X射線成像

內(nèi)容概要

X射線成像是文物分析檢測的主要方法之一，對研究文物的制作工藝、保存狀況有著重要的意義。本書簡要介紹了文物X射線成像檢測的基礎知識，并結(jié)合實例對常見的不同質(zhì)地文物的X射線影像中可見的主要現(xiàn)象進行了分析討論。
本書第一次系統(tǒng)介紹了文物X射線成像的分析檢測技術，對文物保護、科技考古工作者具有一定的參考價值。

書籍目錄

第一章　概述
第二章　文物X射線成像檢測的基礎理論
第三章　文物X射線成像分析設備與器材
第四章　文物X射線成像質(zhì)量的控制
第五章　X射線成像在青銅器鑄造工藝研究中的應用
第六章　X射線成像在青銅器保存狀況分析中的應用
第七章　青銅器X射線影像與青銅腐蝕狀況對比研究
第八章　其他文物的X射線成像
第9章　X射線照相技術在青銅器考古研究中的應用
參考文獻
附錄一　文物X射線影像檔案
附錄二　文物X射線影像拍攝工藝記錄表
附錄三　使用儀器及實驗條件
附錄四　新干大洋洲商墓出土青銅禮器編號對照表
后記

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁:第1章 概  述 文物兼有藝術價值、歷史價值與科學價值，是我們打開通往古代社會大門的鑰匙。文物作為歷史形象的物質(zhì)載體，能夠突破時間和空間的限制，給歷史以質(zhì)感，這一點，是其他任何物質(zhì)實體都無法取代的。 文物保護研究工作可以分為文物保護科學與文物保護技術兩個方面。文物保護科學致力于解釋回答“是什么”、“為什么”的問題，也就是文物材料的性質(zhì)及其劣變規(guī)律，文物在環(huán)境中劣變的因果性；文物保護技術則關心“做什么”、“怎么做”，因而要給出操作方法。科學強調(diào)客觀，是理性認識，而技術則反映了主體的價值取向，是實踐認識。由于文物保護對象-文物幾乎囊括了所有人類生產(chǎn)制造的物品，所以文物保護科學研究必然涉及多種學科，需要從多個專業(yè)以及不同的角度對文物展開理解和認識。 從第一眼看到文物開始，到最終解釋定論，經(jīng)歷著一個復雜的過程。這個認識過程是否科學有序，直接影響到對文物的認識程度①。文物保護工作就是通過對文物進行完整而科學的分析認識，制訂并實施合理的保護措施保持文物的物質(zhì)與文化內(nèi)涵，最大限度地延長文物的壽命。 隨著科學技術的進步，越來越多的現(xiàn)代科學技術、儀器和方法也自然而然地被科學家吸收用于文物保護事業(yè)，逐漸形成更加完整、更加科學的保護研究方法體系，使文物保護工作達到另一個全新的高度。 在諸多的檢測分析技術中，X射線成像技術是十分重要的一種，并日益廣泛地應用于文物研究。但是總體來說，與文物保護這門學科一樣，X射線檢測技術在文物中的應用還處于最初步的探索階段，還沒有形成一套完整的研究體系。與醫(yī)學X射線診斷和工業(yè)X射線探傷不同，文物的X射線成像所面對的研究對象繁雜，所使用的X射線強度跨度大，對操作人員以及儀器設備的使用要求也相應變得復雜，這首先就需要我們對研究的對象以及所使用的設備有一個基本的了解。 自1988年于中國歷史博物館與姚青芳先生一道為司母戊大方鼎拍攝X射線照片開始，至今已經(jīng)拍攝各類文物的X射線照片萬余張，希望借此書做一個初步的總結(jié)，期望對從事相關研究的文物保護工作者有所幫助。 1.1 射線檢測 射線檢測是目前五種常規(guī)無損檢測技術之一，它依據(jù)被檢物體成分、密度、厚度等的不同，對射線（即電磁輻射或粒子輻射）產(chǎn)生不同的吸收或散射的特性，對被檢物體的質(zhì)量、尺寸、特性等作出判斷。 1.1.1 射線檢測的主要方法 目前射線檢測已廣泛應用在醫(yī)學、工業(yè)、軍事及科學研究等領域。在工業(yè)上的應用最為廣泛，也形成了完整的方法體系，一般可劃分為三類： 射線照相檢測技術。包括X射線照相檢測（主要用于鑄焊件、電子元器件檢驗及結(jié)構(gòu)測繪）、γ射線照相檢測（主要用于鑄焊件檢驗）、中子射線照相檢測（主要應用于含氫物質(zhì)，腐蝕、發(fā)射性材料等檢測）、電子射線照相檢測（主要用于紙張、郵票等的檢測）、相紙射線照相檢測（主要用于低靈敏度檢測）、高速射線照相檢測（彈道、爆炸、工藝、生物等過程研究）等。 射線實時成像檢測技術。包括X射線熒光實時成像（主要用于機場、車站、海關檢查）、圖像增強實時成像檢測（主要用于工業(yè)在線檢測）、數(shù)字實時成像檢測（主要用于機場、車站、海關檢查）、X射線光導攝像實時成像（主要用于生物、文物考古等研究）等。 射線層析檢測技術。包括射線層析檢測（CT技術）（主要用于航空航天重要器件檢測、科學研究）、康普頓散射成像檢測（主要用于機場、航空航天重要器件檢測）。 1.1.2 射線檢測的特點 與其他常規(guī)無損檢測技術（如超聲檢測技術、磁粉檢測技術等）相比，射線檢測技術具有以下幾方面特點： ?應用范圍廣，適用于各種材料的檢驗，包括金屬材料（有色、黑色）、非金屬材料、復合材料以及放射性材料； ?對被檢物件無特殊要求，檢驗結(jié)果顯示直觀； ?檢測結(jié)果可以長期保存；?檢驗技術和檢驗工作質(zhì)量可以自我監(jiān)測。 上述特征也是射線檢測的優(yōu)點，因此，射線檢測技術目前廣泛應用于機械、兵器、造船、電子、航空、航天等工業(yè)領域以及醫(yī)學和科學研究領域。 射線檢測技術的缺點主要在于輻射問題。射線具有輻射生物效應，對人體可產(chǎn)生傷害，因此在應用射線檢測技術時必須考慮輻射防護問題，需要按照國家和行業(yè)的有關標準和規(guī)定做好防輻射工作，保證工作人員安全。另外較高的檢測成本及對裂紋類缺陷方向性檢測的限制也可算是常規(guī)射線檢測的缺點，近年來的新設備和新技術正在克服這些弱點，如射線實時成像檢測技術、計算機層析（CT）技術等。 1.2 X射線成像檢測技術概述 X射線成像檢測技術是射線檢測技術的一個重要領域。自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來的一個多世紀里，X射線檢測技術一直在飛速發(fā)展并越來越廣泛地應用于諸多領域。 1.2.1 X射線成像檢測技術的發(fā)展歷史 1895年德國物理學家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線是射線檢測技術的原始基礎；1911年德國米勒博士成功地制造了世界上第一支X射線管，提供了產(chǎn)生X射線的基本組件和設備；1912年美國物理學家D?庫利吉博士研制出可以承受高電壓、高管流的新型射線管――白熾陰極X射線管，為X射線的工業(yè)應用奠定了基礎；1915年，人們開始利用X射線去透照物體并在感光板上獲得物體的影像，這就是最早的射線透射成像技術；1922年美國馬薩諸塞州的Watertown陸軍兵工廠安裝了庫利吉X射線機，第一次完成了真正的工業(yè)X射線照相。此后射線照相技術得到了迅速發(fā)展，20世紀30年代開始正式進入工業(yè)應用；40年代射線照相檢驗底片的質(zhì)量問題被首次提出；1962年前后建立了完整的基本理論，在今天仍在指導常規(guī)射線照相技術。70年代后圖像增強器射線實時成像技術、射線層析技術（CT技術、康普頓散射成像檢測技術）等發(fā)展迅速；90年代后進入了數(shù)字射線檢測技術時代。 1.2.2 X射線成像檢測技術的基本理論 X射線又稱倫琴射線，是1895年德國物理學家倫琴（1845～1923）在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)的一種穿透物體的貫穿性輻射現(xiàn)象，因當時不知它是何種射線故命名為X射線，后來為了紀念倫琴的貢獻，又稱之為倫琴射線。德國物理學家勞厄（1879～1960）于17年后通過X射線晶體衍射試驗證明了X射線本質(zhì)是具有強穿透能力的電磁波。X射線的波長范圍為0.005～10nm，介于紫外線和γ射線之間（實際的界限有一定的模糊）。波長直接關系到X射線的穿透能力，波長越短，光子的能量越大，其穿透能力也越強。在實際工作中通常將光子能量高、波長短的X射線稱為硬X射線。在X射線成像檢測中，實際使用的波長范圍一般是0.005～0.3nm。 當X射線射入物體后會與物體發(fā)生復雜的相互作用，即光子與物質(zhì)原子的相互作用，表現(xiàn)出光電效應、康普頓效應、電子對效應和瑞利散射等現(xiàn)象。由于這些相互作用，一部分射線被物質(zhì)吸收，一部分射線被散射，因而X射線在穿透物質(zhì)時產(chǎn)生了衰減。 當射線通過被檢測物體時，由于物體上不同成分、厚度、密度的部位對射線的吸收能力不同，射線的衰減程度就不同，因而反映在X射線成像底片上的黑度就不同，底片上相應部位就會出現(xiàn)黑度的差異。通過這些黑度差異可以獲取物體內(nèi)部成分結(jié)構(gòu)等重要信息，這便是X射線透射成像檢測的基礎。 1.3 X射線成像檢測技術在文物領域的應用概述 除了工業(yè)、醫(yī)學、軍事領域外，X射線成像檢測技術也是研究金屬、泥質(zhì)、石質(zhì)、木質(zhì)文物以及漆器、油畫、紙張和絲織品等類別文物制作工藝和保存狀況的一種有效無損檢測手段，因此也在越來越廣泛地用于文物領域。 1.3.1 X射線成像檢測技術在文物領域應用的發(fā)展狀況 X射線透射成像技術應用于文物藝術品的研究始于20世紀20～30年代，當時主要用于紙質(zhì)文物藝術品的檢測。隨著X射線技術的發(fā)展、X射線管發(fā)射功率的提高，X射線成像技術開始用于博物館不同材質(zhì)藏品的分析檢測。通過觀察文物內(nèi)部的形態(tài)、相關技術的結(jié)構(gòu)特征、古代及近現(xiàn)代修復痕跡等，為器物真?zhèn)舞b定和古代技術研究提供依據(jù)①。20世紀50年代，R.J.Gettens就曾使用X射線成像檢測技術對佛利爾美術館館藏青銅器的鑄造特征進行了分析②。在中國，X射線成像技術應用于文物研究始于20世紀70年代。上海博物館針對書畫及漆木器等文物的無損檢測和科學鑒定，率先在國內(nèi)應用了軟X射線機進行文物無損檢測，使用DGX-4型軟X射線機進行了一系列的試驗和應用，獲得了理想的效果和經(jīng)驗③。其他如北京科技大學、甘肅省博物館等，也先后引入了此項技術。西安文物保護修復中心在與意大利合作期間（從1995年開始），即把X射線成像技術系統(tǒng)地用于不同材質(zhì)文物如青銅器、陶瓷器、鐵器、金銀器、骨質(zhì)文物的研究中，以考察文物的保存狀況、內(nèi)部形貌、器物的古代制作工藝特征等④。 近十幾年來X射線成像檢測技術在金屬文物（尤其是青銅器）檢測中的應用更加普遍，幾乎是研究金屬文物必不可少的檢測手段。除了單個的器物之外，北京大學考古文博學院文物保護實驗室也開始嘗試用該檢測手段對青銅器群做系統(tǒng)研究，實驗室曾使用X射線成像檢測技術先后對陜西寶雞國墓地青銅器群①、山西曲沃晉侯墓地青銅器群②、江西新干大洋洲商墓青銅器群進行了嘗試性的系統(tǒng)研究。 1.3.2 X射線成像檢測技術在文物領域的主要應用 概括起來，文物的X射線成像在文物領域的應用主要包括以下幾個方面： （1）文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究 在進行實驗室考古發(fā)掘時，文物常處于復雜的堆積狀態(tài)，此時通過X射線成像，可以輔助判斷各類文物的準確位置與相互關系。例如在對內(nèi)蒙古圖爾基山遼墓出土文物的實驗室發(fā)掘整理中，X射線成像技術有效地幫助發(fā)掘者獲知棺內(nèi)金銀器類文物、人骨架和遺存金屬汞的原始狀態(tài)，進而有的放矢地進行考古發(fā)掘。 對于金屬質(zhì)文物（如青銅器、鐵器、金銀器等）來說，通過X射線檢測技術可以使研究者透視器物的內(nèi)部，即從X射線成像底片上對其紋飾、銘文、鑄造工藝特征（如芯撐、范縫、盲芯、加強筋、補鑄等）等方面的信息有更加清晰準確的辨認，從而得以獲取出不可直接觀察到的重要信息。因此它是研究金屬器鑄造、保存狀況的有效方法。 此外，X射線成像檢測技術還可以應用在木質(zhì)、油畫、壁畫等其他類文物上。 （2）文物腐蝕狀況的研究 文物的X射線成像，除了可以幫助我們了解文物的內(nèi)部構(gòu)造外，還可以幫助我們了解文物的腐蝕狀況、修復情況（如青銅器的焊粘接、修補、粘接等），可以通過這種無損的分析檢測方法了解文物的保存狀況，為制定相應的保護方案提供依據(jù)。但是，由于對此認識較晚以及樣品稀缺，導致相關的基礎研究一直處于空白狀態(tài)。我們通過一些有限的青銅樣品，進行了這方面的嘗試，試圖通過X射線成像中的不同表現(xiàn)形式，揭示出青銅器內(nèi)部不同形式和不同程度的腐蝕。盡管只是初步的研究，但是，我們認為，這種研究是有意義的，可以為文物病害無損檢測學科的建設，提供有益的幫助。 （3）為文物的考古學研究提供依據(jù) 文物的X射線成像檢測結(jié)果還可以用以探究考古學分期、文化面貌等問題。傳統(tǒng)的考古學研究通常是根據(jù)紋飾、器形等外部信息來進行上述領域的研究，而X射線成像檢測技術可以獲取到外表不可見的制造工藝等內(nèi)部信息，研究者可通過探究這些制造工藝中潛在的規(guī)律，結(jié)合紋飾器形等信息來研究分期及文化面貌等問題。尤其在青銅器群的研究中，通過X射線成像技術獲取的芯撐、加強筋、分鑄等鑄造工藝信息可以作為分期及文化面貌研究的依據(jù)之一，從而為考古學研究提供一定的輔助作用。 1.3.3 X射線成像檢測技術在文物領域應用中存在的問題 X射線成像檢測技術具有無損的優(yōu)點，提供的信息直觀、實用、可靠，靈敏度高，重復性好。但也存在一定問題，從目前應用情況來看，主要存在以下幾方面。 一是成本較高，不利于大規(guī)模拍攝。這在某種程度上限制了此項技術的廣泛使用，不可能對所有的器物進行拍攝。所以需要與考古人員合作、商討，挑選出具有代表性的、重要的器物進行調(diào)查。 二是設備的限制。因為儀器放置、大小等原因，一些器物沒有辦法從最好的角度進行拍攝，所以一些問題要留到以后來解決。在對弧度較大的部位拍攝時，照片反映的信息有一定失真現(xiàn)象，雖然可以通過采取底片緊貼器物內(nèi)、外壁拍攝的措施來獲取單壁的影像，但在條件許可的情況下，最好采用周向X射線機進行拍攝，但此方式尚未見有在文物檢測中應用的報道。此外我們目前的設備只能拍攝平面圖像，反映平面的二維影像，對三維實物成像具有局限性。這一局限有待于工業(yè)CT技術的廣泛應用來解決。 三是對文物的影響。雖然X射線成像不會對被測青銅器造成損害，但是必須強調(diào)X射線應在熱釋光測試分析完成后或熱釋光樣品采集完后再進行。經(jīng)過X射線照射的陶器、瓷器、青銅器范土等，進行測年時其結(jié)果往往會不準確，只能采取一些措施來加以補救①。 四是具有一定的危險性。X射線屬于高能射線，對生物體有害，會引起多種疾病。要認真做好防護工作，操作過程中要有安全意識，操作員要注意個人防護，并保證他人的安全。

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《放射線檢測:文物的X射線成像》由科學出版社出版。

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