磁测仪考古的原理

提示：点击上方"朗铎科技"↑关注我们！2021年刚刚过去一半，已经爆发了很多热点的话题，从国际与政治，如日本排放核废水、中美高层战略对话、“两会”、十四五等，到娱乐八卦，如郑爽代孕弃养、吴亦凡事件等。但在诸多热点中，却有着一股清流，那就是“三星堆”挖掘的重启，且随着更多重磅文物的出土，其热度仍在持续。自今年3月份，相隔34年的三星堆遗址“重启”科考揭晓重大发现引起了广泛的关注，在持续的挖掘开采过程中，“三星堆”也不断传出惊喜，慢慢揭开了中国“古蜀文化”的神秘面纱。而与“三星堆”同属四川的“江口沉银遗址”发掘也同样备受瞩目。近日，据相关负责人介绍，江口沉银博物馆建筑主体结构正在施工，其“地质分层”设计初现雏形。预计在明年年底竣工，正式投用后，参观者可近距离欣赏江口沉银遗址出水的珍贵文物。视频来源于网络“江口沉银遗址”位于四川眉山市彭山区江口镇的岷江河道内，2010年被公布为眉山市级文物保护单位，分布面积100万平方米，清代以来的文献中多记载明末大西军领袖张献忠曾沉银于此。据史书记载，张献忠在进入川地后，进行了惨无人道的屠杀抢掠，收缴金银无数。“江口沉银遗址”的发掘将会揭开“张献忠屠川”之事的真相，填补历史的空白。据悉，截至目前，“江口沉银遗址”发掘出土文物50000余件，其中最为重要的是发现了一枚断裂成4块重约16斤、含金量达95%的金印，方形印台、龟形印钮，印面铸有“蜀世子宝”四字。“蜀世子宝”是国内首次发现世子金宝实物，也是目前唯一的一枚。图片来源网络自新中国成立以来，考古工作随着科学技术的不断发展，也发生了翻天覆地的变化，越来越多先进的科学仪器被引入到考古工作中，帮助考古工作者了解文物信息，科学仪器已经成为文保工作者的“另一双眼睛”。此次“三星堆”和“江口沉银遗址”的开采中，文保工作者就采用了多种科学仪器对出土的文物进行检测鉴定。其实，在文物和艺术品的修复和鉴定过程中存在着诸多难题，其历史价值和不可替代性就决定了工作人员采用的检测方法必需是以不破坏文物及艺术品为前提的。因此，考古和文保工作者可选择的检测鉴定手段就少之又少，而X射线荧光光谱仪（XRF），就是最重要的分析仪器之一。X射线荧光光谱仪（XRF）可以对样品的元素含量进行无损、快速的检测，为文保人员开展文物断代和修复工作提供了重要的数据支撑。工作人员可以通过XRF研究相关的岩层及土壤成分，可以判断大致的年代及环境情况；通过XRF分析金器、青铜器样品的元素组成，可以推测当时的锻造技术及工艺水平；通过XRF检测银锭及首饰的成分，可以判定银锭的来源，为我们揭开真实的历史；不仅如此，XRF技术还在文物的修复的过程中起到了至关重要的作用。目前，“三星堆”挖掘现场和“江口沉银遗址”现场共有3台朗铎科技代理的赛默飞世尔尼通（Niton）手持式X射线荧光光谱仪。它们主要被用于遗址中金器、青铜器、银锭、玉器及岩层矿物等样品的分析研究。而就在近日，四川省考古单位再次通过朗铎科技采购了赛默飞世尔尼通（Niton）手持式X射线荧光光谱仪，这台仪器将帮助考古工作者，探索更多“历史秘密”。在众多品牌的手持式X射线荧光光谱仪中，为什么四川的考古工作者都对赛默飞世尔尼通（Niton）手持式X射线荧光光谱仪情有独钟？主要由于Niton手持式X射线荧光光谱仪具有无损检测、分析快速、使用灵活、坚固耐用、适应恶劣环境等优点，可以迅速分析文物成分，为文物鉴定提供科学依据，协助研究人员判断文物价值，保护文物的安全。毫无疑问，三星堆文明是一个非常伟大的文明，在青铜冶炼和玉雕方面有着极高的造诣，随着三星堆遗迹出土更多的文物，人们将逐渐揭开其中的奥秘；而“江口沉银遗址”的开发，也将为大家揭开“张献忠在彭山江口沉银之谜”，还原这段明末清初的真实历史。朗铎科技代理的Niton手持式X射线荧光光谱仪也将继续帮助考古人员，让这段伟大的文明展现在人们眼前。往期推荐Historical articles又又又上央视了！Thermo Scientific Niton手持式X射线荧光光谱仪助力三星堆考古高科技寻沉银,布下“天罗地网”| 发挥科技优势助力“江口沉银”水下考古赛默飞世尔尼通便携式XRF分析仪在铀钼矿中的应用关于朗铎科技朗铎科技，全球科学服务领域的领军者-赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）中国区域战略合作伙伴。作为工业检测分析系统解决方案服务商，我们致力于为中国客户提供全球高品质的分析仪器、专业的应用技术支持、优质的售后服务等系统解决方案。朗铎科技是赛默飞世尔尼通（Niton）手持式光谱仪在合金/地矿行业的中国区总经销商，同时也是赛默飞世尔ARL全谱直读光谱仪中国区总经销商。目前朗铎科技主要产品包括手持式合金光谱仪、手持式矿石光谱仪、手持激光诱导击穿光谱仪、直读光谱仪等系列产品。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.longduosci.com。

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，最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不可再生性，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不可缺少的基本工作，也是进一步研究器物相关工艺的基础。目前的考古绘图，是完全使用手工测量，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，最好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，第一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，它们的效果完全不同。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。文物具有不可再生性，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。

就在全国两会前夕，国家文物局在“考古中国”重大项目重要进展工作会上通报，在位于河北的下马碑遗址，考古科研人员根据拉曼光谱、X射线荧光光谱等技术分析，确认一处富集赤铁矿的染色区，部分赤铁矿石表面发现摩擦痕迹，推测为颜料加工遗存。此次发现是我国乃至东亚地区目前已知最早的史前人类加工颜料遗存。专家指出，研究团队要通过跨学科、多平台协作，用科技手段让考古材料“说话”。科技考古尚未充分发挥作用科技考古就是以考古学的研究目标为指引，聚焦考古学研究的问题，应用自然科学相关学科的方法和技术开展研究。中国社会科学院考古研究所袁靖研究员介绍到，科技考古包括数字考古、年代测定、环境考古、人骨考古等12个领域，已成为提升中国考古学科研能力和水平的重要技术支撑。不过，科技考古的普及率还不高，研究程度参差不齐，尚未充分发挥作用。在2021年经国家文物局批准的1702处考古发掘项目中，有1300余项为基本建设考古发掘项目。这些项目中，由于要配合工期、时间紧、任务重、科技考古人员数量有限等因素，大部分未开展科技考古工作，通常采集人工遗迹和遗物信息就了事。科技考古的缺席，不仅造成考古发掘现场信息采集的不完整，还影响了后续的深入研究，在一定程度上制约了我国考古学科和考古事业的高质量发展。加强科技考古队伍建设 培养高层次人才文化和旅游部副部长、国家文物局局长李群表示，国家文物局将与相关部门密切协作，推动有条件的高校适当扩大考古相关专业的招生规模，发展文物修复、考古技术等职业教育的专业。注重加强相关行业文物保护人才的联合培养，实施新时代文物人才建设工程。袁靖表示，国内科技考古的队伍还在建设之中。各个研究领域普遍存在人手不足的情况，有些省属考古机构里，科技考古方面的人才还是空白。袁靖说：“中国科技考古队伍建设亟需大大加强，以适应当前考古学发展的需要。我希望通过大家的努力，把包括科技考古在内的高层次人才培养推进到一个新的阶段。”小编说：在科学仪器行业的小编认为，科技考古需要“人才”和“科学仪器”的双重进步！高层次人才需要不断引进、培养，相关学科也需要不断建设，这需要国家的大力支持和正确导向，无论是从考古本身意义的推广和考古人才的待遇提升，都应有所作为。其实不光是考古人才，所有的科研人员都应对所从事的工作意义有更加深入地了解与认知，对科研人员的后勤保障有所提升，可以心无旁骛地在研究领域“开疆拓土”。提升考古学研究水平，除了专业的人才外，科技考古不可或缺的就是科学仪器，是更加精密、准确的仪器，是更加方便、便携的仪器。考古工作中有一些是可以在实验室完成的，但也有另外一些是需要实地完成的，还有一些是未出土前就需要进行检测的，这些工作无法凭借经验或者肉眼观察得出结果，是一定需要到各种各样的科学仪器来辅助完成的，科学仪器的重要性可想而知，发现科学仪器的可用性，研发出适用于考古领域的科学仪器，都是考古学未来发展重要的组成部分。最后，对于国家愿意发展考古事业，即将扩大招生规模、新建相关职业教育专业等举措，仪器厂商应紧密关注，无论是现有考古科研单位对仪器的需求还是未来新建实验室的需求都将是不可估量的，不断研发适合考古领域的仪器应该是大有前景的。