Přenos jaderných technologií a znalostí členským státům MAAE pro zachování kulturního dědictví

Zachování umění a kulturního dědictví je společnou ambicí celosvětové komunity. MAAE využívá jadernou vědu a technologii k charakterizaci a uchování artefaktů, a tím k zachování důležité části kulturního dědictví Země. Jaderná věda a technologie se často používají při studiu a ochraně cenných kulturních předmětů. Tyto předměty zahrnují vše od obrazů, oděvů a hudebních nástrojů až po sochy, zbraně a brnění – dokonce i egyptské mumie či celou starověkou dřevěnou loď. Kulturní instituce stále častěji využívají jaderné a příbuzné techniky k analýze a ochraně cenných historických předmětů a uměleckých děl. Jaderné techniky mohou pomoci odkrýt skryté kresby, které leží pod povrchem maleb, a odhalit i ty nejmazanější padělky, to vše bez poškození studovaného objektu. Techniky, jako je ozařování, také pomáhají chránit kulturní předměty tím, že je dezinfikují od mikroorganismů, jako jsou bakterie nebo houby, nebo likvidují destruktivní škůdce.

Vysokoenergetické záření může mít hluboký vliv na biologické nebo chemické vlastnosti materiálů. Tento efekt lze využít k dezinsekci artefaktů kulturního dědictví a pomoci k jejich obnově. Na rozdíl od chemických nebo fyzikálních metod záření nezanechává na objektech žádné stopy a ani se nestávají radioaktivními.

Archeologické artefakty tvoří důležitou součást kulturního dědictví země

Zachování existujících artefaktů může představovat vážný problém, protože na jejich stav má vliv mnoho faktorů, včetně nevhodných skladovacích podmínek, klimatických změn nebo takových nepříznivých podmínek, jako jsou záplavy. To vše může vést ke zhoršení nebo dokonce úplné ztrátě kulturního dědictví na celém světě.

Pro ošetření a obnovu artefaktů kulturního dědictví byly vyvinuty různé chemické a fyzikální metody. Chemické metody však mohou v materiálu zanechat nežádoucí chemikálie, zatímco fyzikální metody jsou obecně značně extrémní, a proto nejsou vhodné pro všechny typy materiálů. Naproti tomu radiační technologie nezpůsobují žádné poškození samotných artefaktů. Mohou být použity i k ničení parazitů, kteří ohrožují umělecká díla, a k posouzení případných vnitřních škod, které jimi byly způsobeny.

Radiační techniky se v této oblasti používají již mnoho let. Několik národních a mezinárodních výzkumných programů pracovalo na vývoji harmonizovaných metodologií. MAAE provozuje koordinovaný výzkumný projekt na podporu aplikace jaderných technik při zkoumání předmětů kulturního dědictví.

Studium kulturního dědictví pomocí jaderných technik

Tzv. „charakterizace“ je proces, který umožňuje odborníkům zkoumat vlastnosti archeologických a uměleckých předmětů s velkou přesností, identifikovat jejich stáří, chemické složení a původ. Nejedná se o jedinou metodu, ale spíše o množství jaderných technik využívajících různé typy zařízení a záření, včetně rentgenového záření, gama záření, neutronů a iontových paprsků.

Charakterizace poskytuje výzkumníkům informace o tom, kdy, kde a jak byl objekt vytvořen. Restaurátorům poskytuje neocenitelné informace, jak efektivně uchovávat unikátní archeologické artefakty. Umožňuje určit, zda je umělecký předmět autentický nebo falešný, a zjistit, zda nebyl předmětem nezákonného obchodu s uměním. Použití charakterizace může také pomoci odhalit vnitřní struktury, včetně prasklin, zlomenin a defektů v artefaktu, i když nejsou viditelné pouhým okem.

Zde je přehled některých nejběžnějších jaderných analytických technik používaných pro charakterizaci

Rentgenfluorescenční analýza a příbuzné spektrometrické metody

Jednou z metod používaných k analýze elementárního složení obrazů, rukopisů, mincí a keramiky je rentgenová fluorescenční analýza (XRF). Rentgenové ozáření vzorku vyvolá fluorescenční záření jednotlivých chemických prvků ve vzorku. Toto záření je jedinečné pro každý prvek, což umožňuje přesné stanovení chemického složení uměleckého předmětu.

V roce 2010 vědci ve Francii použili metodu XRF ke studiu Mony Lisy, mistrovského díla italského umělce Leonarda da Vinciho ze 16. století. Analyzovali složení a tloušťku různých vrstev barvy a glazury a byli schopni lépe porozumět da Vinciho technice „sfumato“, jemnému stínování, které vytváří jemné přechody mezi barvami, díky čemuž umělecké dílo vypadá tak živě.

Mezi další přístupy používané ke zkoumání chemického složení a struktury materiálů patří rentgenová difrakce (XRD), neutronová aktivační analýza (NAA) a různé metody aplikace iontového paprsku, jako je protonem indukovaná rentgenová emise (PIXE), protony indukovaná emise gama záření (PIGE) nebo hmotnostní spektrometrie pomocí urychlovače (AMS). Mezi umělecká díla, jejichž elementární složení bylo analyzováno pomocí jaderných technik, patří např. 500 let stará zlatá socha od sochaře Benvenuta Celliniho, Saliera, ukradená a později získaná z vídeňských lesů v Rakousku; staletí starý portrét svatého Jiří v Albánii;  artefakty ze zlata a drahokamů pocházející z dob království Ayutthaya, které existovalo v dnešním Thajsku mezi 14. a 18. stoletím.

Radiokarbonové datování

Zjistit stáří organických materiálů, včetně předmětů vyrobených ze dřeva, bavlny, papíru, kůže, vlny, hedvábí nebo kostí, lze i radiokarbonovým datováním. Všechny živé organismy, jako jsou zvířata nebo rostliny, absorbují uhlík. Když zemřou, uhlík-14, nestabilní izotop uhlíku, se začne rozkládat známou rychlostí. (Poločas přeměny ¹⁴C je 5730 roků.) Pomocí urychlovačové hmotnostní spektrometrie (AMS) specialisté měří poměr uhlíku-14 v uměleckém díle vyrobeném z organických materiálů, aby určili, kolik času uplynulo od jeho vytvoření. Technika tak pomáhá určit stáří památkových objektů až do 50 000 let.

Použitím radiokarbonového datování byli například odborníci ve Francii v roce 2019 schopni prokázat, že dva známé obrazy – jeden impresionistický a jeden pointilistický – byly padělky. Zjistili, že plátna byla vyrobena v 50. letech 20. století, zatímco obrazy údajně vznikaly na přelomu 20.  století.

Radiokarbonové datování bylo také použito k určení stáří bronzové sochy Kapitolského vlka v Itálii; bronzové sochy Apoxyomena nalezené ve vodách Jaderského moře u pobřeží Chorvatska; a starověkého systému akvakultury v zemi národa Gunditjmara v Austrálii.

Radiografie

K analýze vnitřní struktury a integrity předmětů kulturního dědictví používají vědci průmyslovou radiografii. Prozařují rentgenovým zářením, gama zářením nebo neutrony objekt, aby viděli jeho vnitřek. Když záření dopadá na exponovaný film nebo speciálně navrženou digitální kameru umístěnou na druhé straně za vzorkem, vytváří obraz toho, co je zraku skryto, včetně vnitřních defektů nebo prasklin.

Rentgenové snímky maleb navíc často pomáhají identifikovat kresby ležící pod nimi. Rentgenová analýza Picassova „Starého kytaristy“ – jednoho z nejslavnějších děl umělcova „Modrého období“ – odhalila, že znovu použil staré plátno. Pod barvou byly dvě kompozice, které vytvořil dříve: starší žena s předkloněnou hlavou a mladá matka s dítětem klečícím po boku.

Dalším nedávným příkladem je analýza obrazu Vincenta van Gogha „Hlava rolnické ženy“ ve Velké Británii, která odhalila skrytý autoportrét umělce.

Dezinfekce: odstranění škodlivých škůdců z předmětů kulturního dědictví

Dlouhodobé uchovávání jedinečných, nenahraditelných historických artefaktů může být náročné, protože nevhodné podmínky skladování mohou způsobit, že se na povrchu nebo uvnitř artefaktů vyvinou bakterie, hmyz a jiná zvířata nebo plísně a další houby, což způsobí jejich znehodnocení nebo dokonce zničení. Ionizující záření může tento problém vyřešit, protože takové škůdce eliminuje.

Pro dezinfekci předmětů je odborníci ozařují pomocí speciálních zařízení, jako jsou vysokoenergetické urychlovače elektronového paprsku, rentgenové přístroje nebo gama zářiče obsahující radioaktivní zdroje kobalt-60 nebo cesium-137. Ošetřovaný artefakt se obvykle přiveze do ozařovny, kde je vystaven ionizujícímu záření a poté vynesen zpět ven, dezinfikován a dekontaminován.

Slavným příkladem historického artefaktu, který byl takto ošetřen, je 3 200 let stará mumie egyptského faraona Ramsese II. Ta byla dezinfikována v roce 1977 gama zářením k odstranění hmyzu a plísní v ozařovacím zařízení ve Francii. Mezi další příklady patří knihy z Knihovny Paláce míru v Nizozemsku, filmové kotouče z Národního filmového archivu Rumunska, mládě mamuta nalezené na Sibiři a dřevěné ikonostasy v kostele Svatého vojvodství Michaela a Gabriela v Rumunsku.

Když je látka vystavena záření, přijímá energii, která mění její strukturu na molekulární úrovni. Ale různé materiály jsou ovlivněny různě v závislosti na chemickém složení, typu chemických vazeb přítomných v materiálu, době expozice a intenzitě. Správně provedené ošetření sice poškozuje živé kontaminanty a škůdce, ale kulturní artefakty nepoškozuje.

Restaurátoři používají malé dávky záření omezené na maximálně 10 kGy (kilograyů), takže nedochází k poškození předmětů kulturního dědictví. Po ošetření se nestanou radioaktivními a nemohou ozařovat lidi kolem sebe. Předměty zůstávají v původním stavu, pouze jsou  dezinfikovány.

Jaké jsou výhody uchování kulturního dědictví pomocí ozařování?

K dezinfekci kulturních a historických předmětů se používají chemické a fyzikální metody, kdy se jedná se o použití toxických látek nebo tepelné úpravy, což může být škodlivé pro předměty, restaurátory nebo životní prostředí. Oba přístupy mohou být drahé. Kromě toho žádný z nich nemůže zaručit úplné vymýcení škůdců, pokud ošetření nezasáhne oblasti, kde se hmyz nebo červi usadili.

Aplikace ozařovacích technik má oproti tradičním metodám několik výhod: lze je používat při pokojové teplotě bez fyzického kontaktu s předmětem nebo potřeby dalších látek a nezanechávají stopy ani nezpůsobují žádné poškození ošetřovaných materiálů. Jakákoli rizika lze minimalizovat prováděním radiační dekontaminace v dobře chráněných oblastech za přísných bezpečnostních podmínek.

Konsolidace: obnova oslabených materiálů v předmětech kulturního dědictví

Ozáření lze použít k obnovení chemických vazeb poškozených předmětů, čímž napomáhá zpevnění artefaktů. Metoda zahrnuje nasycení předmětu nebo materiálu kapalnou pryskyřicí a následné vystavení záření, které pryskyřici vytvrdí a předmět zpevní.

Při metodě konsolidace zůstává vzhled předmětu prakticky nezměněn, ale materiál a jeho fyzikální a chemické vlastnosti jsou přeměněny tak, že jsou pevnější a hustší.

Například v roce 2011 bylo ozáření aplikováno na římskou dřevěnou loď z prvního století, která byla nalezena v řece Rhôně ve francouzském Arles. Jak loď vysychala, dřevo se začalo drolit, proto  použili specialisté z ARC-Nucléart techniku ​​konsolidace: dřevo lodi impregnovali radiačně-vytvrditelnou pryskyřicí a vystavili ho ionizujícímu záření, aby dřevo ztvrdlo a loď se nerozpadla.

Zdroj: Studying and Preserving Cultural Heritage Using Nuclear Techniques | IAEA