Kiemelten sikeres kutatási terület

Prompt gamma aktivációs analitikai kutatások az MTA Izotópkutató Intézetben

 

  Régészeti tárgyak kombinált neutronos vizsgálata és háromdimenziós elemtérkép készítése az ANCIENT CHARM projekt keretében

A Prompt Gamma Aktivációs Analitika (PGAA) egy roncsolás mentes kémiai elemzési módszer. A neutron és a gamma-sugárzás nagy áthatolási képességének köszönhetően a vizsgálat során a minta elemi összetételéről mélységi információ nyerhető, így kiválóan alkalmas értékes tárgyak, például műtárgyak összetételének vizsgálatára. Az eredmények segítséget nyújthatnak a műtárgy eredetének, a nyersanyagok forrásának és kereskedelmi útjának felderítésében. Értékes ismeretekkel támogathatja a restaurátorok munkáját is. A vizsgálatokat a Budapesti Kutató Reaktor neutronvezető csarnokában működtetett PGAA-NIPS berendezéssel végzik, amelyet az MTA Izotópkutató Intézet (MTA IKI) kutatói működtetnek.

A PGAA nem csak tömbi összetétel meghatározására alkalmas, hanem megfelelő körülmények között, akár 3 dimenziós elemtérkép elkészítésére is, amely más neutronos módszerekkel kombinálva – pl. Neutron Tomográfia (NT), Neutron Diffrakció (ND) vagy a teljesen új keletű rezonancia-neutron befogásos analízis (NRCA) – további információt szolgáltathat a műtárgyak összetételére, illetve készítési körülményeire vonatkozóan. 2006-ban tíz uniós partnerrel közösen elnyert, az EU FP6 NEST programja által támogatott, ANCIENT CHARM elnevezésű pályázatban a fenti kísérleti technikák együttes alkalmazását tűzték ki célul. A fejlesztőmunka végső célja jó felbontású háromdimenziós elemtérkép készítése széleskörű archeometriai kutatásban kiválasztott műtárgyakról. Az elmúlt év folyamán sikerült megmutatniuk, hogy mind a PGAA mind pedig a ND alkalmas mélységi (kvázi-háromdimenziós) elemtérképek készítésére.

A PGAA e továbbfejlesztése képalkotó eljárás, ezért PGAI-nek (PGA Imaging) nevezték el. Az új típusú méréseket a nemzetközi együttműködésben kifejlesztett PGAI-NT berendezéssel végezték az alábbi elrendezés szerint (ld. 1 ábra).


1. ábra: A tesztelésre használt minta: alumínium hengerben elhelyezett vas- és réz-rudak (balra). A PGAI-NT berendezés vázlatos elrendezése (jobbra).



2. ábra: A felső részen az alumínium henger, a középsőn a vasrúd, míg az alsón a rézrúd elemtérképe látható. A színkódok a mérés során detektált, karakterisztikus gamma-sugárzás beütésszámát mutatják a hely függvényében. A fehér vonalak segítik képek egymásra vetítését ill. helyzetük meghatározását.



Az első, PGAI technikával felvett, mélységi elemtérkép egy 12 mm átmérőjű alumínium hengerről készült, amely egy-egy kb. 2 mm átmérőjű vas- és réz-rudat tartalmazott (ld. 1. ábra bal oldala). A hengert függőlegesen 20 mm-es és vízszintesen 2 mm széles neutron nyalábbal világították meg a számlálási statisztika növelése céljából. Hasonlóan jártak el a mintából származó gamma-sugárzás kollimálásnál is. A hosszanti tengelyére merőleges elemtérkép elkészítéséhez a mintát egy finom beosztású háló mentén mozgatták a neutronnyaláb–ban a kollimált gamma–detektor előtt (ld. 1. ábra jobb oldala).

A PGAI mérések rendkívül időigényesek, mert az alkalmazott rácspontok száma igen nagy lehet. A mérési idő jelentősen rövidíthető, ha a PGAI technikát a neutron­tomográfiával kombinálják. Ezt a PGAI-NT eljárást alkalmazták néhány további tesztobjektum, a régész kollégák által készített un. „fekete dobozok” vizsgálatára. A tomográfiás felvételeken elkülönítették a jellegzetes alakzatokat, s csak ezek elemi összetételét határozták meg PGAI segítségével, azaz a minta teljes térfogatának letapogatása helyett csak az érdekes részleteket elemezték. A pályázatban vállalt kutatási program legérdekesebb része még hátravan: régész kollégák által kiválasztott nagy értékű, részlet gazdag műkincsek vizsgálata. Az egyik ilyen vizsgálatra váró régészeti tárgy egy VI. századi korong alakú fibula, azaz ruhacsat, amelyet különleges kidolgozottsága miatt a projekt emblémájának választottak. A drágakövekkel és gyöngyökkel díszített ékszer a nyugat-magyarországi Kölkeden került elő, egy népvándorlás-kori település és temető ásatása során. Az egyik megválaszolandó kérdés, hogy a fibula oldalán körbefutó vaspánt egy a későbbiekben rárakott megerősítés-e, vagy a csat eredetileg is vasszerkezetű volt (ld. 3. ábra).

3. ábra: Avar-kori korongfibula

Az ékszer része lehetett az avarok előtt itt élt germánok viseletének, de lehet akár egy egészen ritka, nyugatról behozott ajándéktárgy is. Fontos lenne azonosítani az alkotórészek, így a drágakő berakás, a középső gyöngy és az alattuk lévő részek anyagát. A korongfibula mellett további fém- és üvegberakásokkal ékesített, gazdagon díszített vas övvereteket és szíjvégeket szeretnének vizsgálni. A magyar műkincsek mellé a leideni, illetve a római egyetem régészei is választanak majd vizsgálati anyagot saját gyűjteményükből.

További információ:

A mamutok kihalásának magyarázata kozmikus katasztrófával

13000 évvel ezelőtt Szibériát és Alaszkát összekötő jégmezőn át emberek érkeztek az amerikai kontinensre. Két évszázadnyi mamut és bölény vadászatot követően a rövid életű un. Colvis kultúra hírtelen eltűnt. E kultúra eltűnése, a mamutok és számos más állatfaj váratlan kihalása a történelem hajnalán mindig is izgatta a tudósokat. A legelfogadottabb nézet szerint az ősember túlzott mértékű nagyvad-vadászata okozta a nagy emlősök vesztét. Mások járványokkal, illetve éghajlatváltozással, elsősorban is globális lehűléssel magyarázzák e fajok váratlan eltűnését. E három alapvető elméletet összefoglalóan ill-chill-overkillnek is nevezik a szakirodalomban. Ugyanebből az időszakból azonban néhány kozmikus eredetű behatásra utaló bizonyítékot is találtak amerikai kutatók. Ilyen pl. a radiokarbon kormeghatározás „órájának” anomáliája épp 12900 évvel ezelőtt. Az ebből a rétegből származó leletek ugyanis jóval fiatalabbaknak tűnnek a szomszédosaknál. A réteg Észak Amerikában szinte minden „paleo-indián” ásatási helyszínen megtalálható, és könnyen felismerhető a jellegzetes koromfekete színéről, amely óriási kiterjedésű erdőtüzeket valószínűsít. A koromszemcsék között nagy mennyiségben találtak üveg-, szén- és elemi vasat is tartalmazó mágneses olvadék-gömböcskéket.

Az MTA IKI kutatói a különböző ásatási helyekről származó fémszemcse- és talajminták PGAA elemzésével hozzájárultak egy új elmélet kidolgozásához. Eszerint 12900 évvel ezelőtt meteor-becsapódás okozhatta a mamutok és számos más, őskori állatfaj pusztulását az északi féltekén, továbbá a Clovis kultúra eltűnését. A meteor az észak-amerikai kontinens keleti partvidéke fölött szétrobbant, majd a kontinens nagy részére szétszóródott darabjai a földbe csapódtak. Ezt igazolja körülbelül fél millió jellegzetes, ellipszis formájú mélyedés és tó szerte a keleti partvidéken. Az állatok egy része nem közvetlenül az becsapódás során pusztult el, hanem az általa elindított ún. Younger Dryas (fiatal driász) jégkorszak következtében. A tudományos közvélemény nagy érdeklődéssel fogadta a bejelentést. A vizsgálatok tovább folytatódnak, az intézetben más módszerek bevonásával további bizonyítékokat keresnek az új elmélet igazolására.

További információ:

In situ kémiai analízis

A PGAA technika a neutronok és gamma-sugárzás nagy áthatoló képességének köszönhetően lehetővé teszi zárt rendszerek vizsgálatát. Ilyen lehet egy átlátszatlan tok, de akár egy egész kémiai reaktor is. Az IKI kutatói a berlini Fritz Haber Intézet kutatóival közösen kifejlesztettek egy olyan, a neutronnyalábba helyezhető reakció cellát, amelyben a katalitikus folyamatok vizsgálhatók. A hidrogén megkötődését vizsgálták fém palládiumon, és magyarázatot találtak annak folyamatára. Kiderült, hogy az eddig feltételezettekkel szemben nemcsak a felületi megkötődés, hanem a palládium szemcsék mélyebb rétegei is fontos szerepet játszhatnak a heterogén katalízisben. A módszer általánosságban alkalmas időben változó összetételű minták vizsgálatára, s így kémiai folyamatok in situ elemzésére. Az eddigi tapasztalatok alapján áttervezték a reaktor cellát, amely immár alkalmas a reakciótér hőmérsékletének stabilizálására, így hűtött illetve fűtött körülmények között is vizsgálhatják a hidrogénezés folyamatát, amely segít a heterogén katalízis jelenségének mélyebb megértésében.

További információ: