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X 射线探伤技术在文物保护及考古绘图中的应用

点击次数:7155 发布时间:2017-03-13

一、X 射线探伤技术在文物考古中应用的原理

X 射线探伤技术,是利用射线透过物体时,发生吸收和散射这一特性,通过测量材料中因缺陷存在影响射线的吸收来探测缺陷的一种技术。根据底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图像不一样,就可判断出缺陷的种类、数量、大小等,这就是射线照相探伤的原理,也称 X 射线照相技术。在考古学中运用 X 射线照相技术,就是利用 X 射线照相方法所具有不损坏器物的特性,而且,具有高穿透能力的电磁辐射 X 射线。在文物保护工作中单一的利用数码照片,只能对器物表面及形的一些信息进行了解,锈层底部及器物的内部的信息无法知晓,X 射线照相技术就能很好地解决这一问题。从另一个角度上讲,X 射线照相技术实际是一种“转换”技术,是把用肉眼直接观察不到的信息,变成“可识信息”,以反应物体内部的形貌特征,或者是物体内部结构特征。通过记录在 X 射线照片物体透视影像的丰富信息及其特征,来判断文物内部结构特征,或者相关的其他特征,如文物保存状况、前修复痕迹、相关其历史艺术信息,相关器物制作工艺特点等。现在,X 射线探伤技术已经成熟地应用于文物保护修复及古代技术研究中。运用此种设备进行文物相关研究比较广泛。

X 射线是借助荧光屏显像的一种成像技术,具有穿透和荧光两个作用。X 射线照相是借助各种摄影装置,利用 X 射线的吸收、穿透和感光等作用。将被检客体的影像记录在与 X 射线仪连接的电脑相应的程序中。传统光学成像方式与 X 射线平面成像有些差异,传统的光学成像,不管模拟成像或数字成像,均使用光学透镜,波长范围为紫外线、可见光和近红外线。X 射线平面成像不用光学透镜成像。而是利用射线的直线传播,穿透物体,在物体背后放置 X 射线感光片将影像记录下来。X 射线平面成像与光学成像相比,除了不用镜头外,zui主要的是记录的信息并不相同。

二、X 射线照相技术在文物考古和绘图方面的应用实例

文物具有性,在修复文物前,用 X 光照相方法能反应文物保存现状,通过这种无损分析结合文物的保存状况更利于文物保护与研究

1. 在文物考古方面的应用

X 射线照片作为光源的一种照相方法,利用具有高穿透能力的电磁辐射 X 光,在不破坏“研究对象”的情况下,对其内部形态进行探测来反应物体内部结构特征的一种无损检测方法。不同材质的文物,由于非均质特征,各个部位对 X 射线能量的吸收明显不同。能够显示铁器表层的锈蚀深度,能够了解器物的内部形貌特征。

 

现代文物保护修复,不仅是把破碎的文物复原,把受自然力侵蚀的文物寿命延长,而是对其历史价值、艺术价值的一个重新“发掘”、认识和评价的过程。文物在锈蚀或损坏得比较严重的情况下,对其修复保护操作前,没有详细的了解器物的现状,直接进行操作很可能对文物造成损伤甚至破坏,相关的历史和艺术信息将永远的消失,并且对文物研究也会有极大的影响,造成无法弥补的遗憾。下面结合铁牌饰、铁饰件、铁称砣数码相片与X 射线照片的对比图片,可以细致地了解器物纹样与图案。

 图2 为铁牌饰的 X 射线照片,从片中看到的是一件非常生动的艺术品,没有任何损伤拼接痕迹,轮廓立体感强,人、马的轮廓线及人体五官和头部也非常清楚,马的线条也很清晰,马身上的饰物、缰绳、马鞍、弓弦、缨、鞦带等细微之处都清晰地呈现出来。马的五官、尾部、四蹄的外轮廓与真实马的形态相像,从马的尾巴及身体上的饰物上看去,动感很强。整体上看去好似一人悠闲地在马背上吹着音乐,而马听着美妙的乐声慢步行走,很陶醉的样子。

铁饰件的数码片中,只能看到表面厚厚的锈层,锈层下的任何信息都显示不出来。这次在文物保护的过程中,我们利用 X 射线照技术,详细的对器物进行了解,发现锈层下的有粗细不均线条组合成生动的图案,而且固定在铁饰件边缘的两个片状铁片及与铆钉相接的结构也能清晰地看到。这个信息的解读对于保护研究方面与保护工作的操作方面以及考古研究工作的开展有着非常重要的价值,也同时要求文物保护人员在进行保护工作时要特别小心,如果不小心就会伤及器物的花纹。所以在保护操作工作中,一边对照 X 射线图片,一边小心谨慎进行保护操作,结果器物花纹没有受到一丝的伤害,同时也说明器物得到了成功的保护。

秤砣虽锈迹斑斑,却保存尚好。器表 1 面刻有凹槽(图 5),另一面无任何纹饰。经 X 射线照相,想进一步对其进行了解。结果很遗憾,在 X 射线片上除有一些白点外(图 6),只能看到一块加工规整的铁块,没有显现出任何套接及修复痕迹,说明这件器物是一次成形的实心器物。在器物中心部位有若干大小不等的小圆点,我们认为此物应是在制作器物时产生的气泡而形成。器物表面刻的凹槽在 X 射线片中没有任何体现,我们也无法辨别记录的是什么文字,这种结果的出现主要是由于器物太厚,器物上所刻文字的凹槽太浅所致。反而在数码片中,这种实心器物用数码片的效果反而要比 X 射线片好一些,表面信息虽然不是很清晰,还可以看到大致的轮廓。

2. 在考古绘图中的应用

出土文物是研究者对遗址的文化进行判定的重要依据。器物图是对器物进行平面展示的平台,绘图是编写考古报告中的一项*的基本工作,也是进一步研究器物相关工艺的基础。目前的考古绘图,是*使用手工测量,可直接测量的部分,在图中可以准确绘出其结构与大小,而一些无法测量的部位,尤其在绘器物的剖面图、内部结构及加工工艺和器物厚度是无法准确测量的,也只能估测,这样会影响考古报告的读者对器物内部结构的认知程度。X 射线平面成像是 X 射线穿透物体的影像信息的记录。由于 X 射线穿透能力强,光学成像射线无法穿透的物体,X 射线却可能穿透,获得其内部信息。通过 X 射线照片专业绘图员可以对文物的内部形貌及器物的原貌有更加细致的了解。在绘图时,用绘图工具测量、数码片、X 射线片三者相结合,能够完整地把器物的内、外部信息更全面地表现出来。

如铁锁为圆柱形,锈蚀严重,有些锈层已经剥落(图 7),内部结构不详。

从(图 8)X 射线照片中,能够清晰地了解铁锁的内部形貌。除铁锁两端外侧可看到的铁条贯通铁锁内部外,再无任何部件。铁条一侧弯曲,呈“U”形,且残断。则另一侧端部似花瓣形扁片。数码片对器物表面信息是一个很好的展示,在铁锁两侧各有一孔,一侧为圆形,另一侧则为月牙形,且二孔在一条直线上。通过铁锁使用两种照相技术相结合的方法。能够清晰地了解铁锁内、外部结构与构成,有助于绘图者对器物有更深一层、更细致的了解,提高了绘制器物线图的准确性,尤其是对器物的内部结构能够绘得更准确。

再如,帽顶,表面可以看到它的内部构成。先制成直径不等的空心半圆形范,并在范上刻好花纹,三个直径基本相同,另一个较前者稍大,其中两个小的半圆对扣成球体,而另一个小半圆与大者叠扣在一起,再用一根方形铁条通过顶点将其串在一起(图 9、图 10)。

三、利用 X 射线照相技术进行文物保护应注意的问题

利用 X 射线技术对文物进行保护,能收到较好的效果,但不能取代所有的方法,还要注意与其他方法的结合。

1. 要对 X 光片进行整体判读

从利于文物保护与研究的角度,在提取器物时,用整取的方法将器物内部任何遗物信息留存。在对器物进行清洗保护时,根据 X 射线片对器物的锈蚀物进行清理,这样就不会将器物本身破坏,也不会丢失任何信息,可以更准确地识别器物的内部构成与结构形貌。

2. 要与传统的数码技术相结合

如前所述,进行文物保护,利用 X 射线技术并不能解决所有的问题。从(图 5、图 6)的秤砣来看,器物大致为柱状,受 X 射线穿透力的影响,在识别时纹样图案的效果极差。(图 8)的铁锁 X 射线照片也如此,除铁锁的内部存有一根铁条以外,无其他任何信息,也无法得知铁锁内部的具体结构。而数码相机照的照片,可以把器物表面的一些特征及信息反应出来。而两者相结合,*有利于文物保护与制造工艺的研究;第二有利于文物保护操作工作的进行。所以个人认为,用 X 射线技术对文物进行研究时,应运用多种科学技术方法相结合进行测试,具有互补的作用。获取更多、更大量的信息,减少丢失任何有价值信息的可能性,对文物考古的相关研究可提供更全面的内在信息。

通过对以上三件器物 X 射线相片,可以看出,它们的效果*不同。由于骑士牌饰为薄片状,相关的历史和艺术信息一览无余。而多年保护工作的实践,本人总结出一些经验。对器物进行保护工作前,一定要进行一些科学技术的测试,能够尽量多的留下一些信息。

文物具有性,所以对文物进行的保护都应在详细了解文物之后再进行操作。X射线探伤技术,具有无损的特征,这种特性非常适合在文物研究和文物保护中应用,可以更全面地揭示与文物有关的历史信息,更生动地提供文物的制作工艺及技术,更详细地绘制器物的原图。

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