Dưới hình ảnh Nơtron hiện vật cổ xưa hé lộ những bí mật của mình- Ancient artifacts yield their secrets under neutron imaging

Lần đầu tiên,những hiện vật khảo cổ quý hiếm đã được chụp hình ảnh Nơtron 3 chiều ở ORNL. Những hiện vật đồng thau và đồng thiếc khai quật ở thành phố cổ Petra, Jordan mới đây đã được chụp ảnh 3 chiều sử dụng những Nơtron bằng máy chụp HFIR's CG-1D Imaging. Dữ liệu phân tích này rất có giá trị đối với các nhà khảo cổ học và sử học vì cung cấp những hiểu biết về sản xuất và đời sống văn hóa của những cư dân từng sinh sống ở đế chế La Mã, Trung Đông và giai đoạn Thuộc địa của New England.

Neutron radiograph of an ancient Greek lamp [Credit: ORNL]

Ảnh chụp Nơtron

 của một chiếc đèn Hy Lạp cổ

Những mẫu được chụp 3D vào tháng Tám được lấy từ những sưu tập của Viện KCH và Lịch sử Cổ đại Joukowsky ở ĐH Brown. Chúng bao gồm một cái đèn treo bằng đồng thiếc, một đồng tiền La Mã lớn và một tượng chó đứng tuyệt đẹp, có thể có ý nghĩa tôn giáo hay đồ chơi. Mặc dù nguồn gốc của chúng không xác định được, nhưng chúng là những ví dụ tuyệt vời về những đồ vật kim loại từ thời cổ đại 

Nghiên cứu viên chính Krysta Ryzewski, một trợ lý giáo sư Nhân học của Wayne State University và đồng nghiệp Brian W. Sheldon, GS về Cơ khí ở Brown University đã mượn những hiện vật để nghiên cứu từ GS. Susan E. Alcock, Giám đốc Brown's Joukowsky Institute.

Từ năm 2008, nhóm đã chụp ảnh 2 chiều hiện vật của hợp chất đồng (đồng thau và đồng thiếc) cả từ Petra và Greene Farm, một thời kỳ thuộc địa ở Rhode Island. Mẫu vật bao gồm cả những đồ dùng hàng ngày: thắt lưng, dao và một số vật liệu xây dựng. Một hiện vật hình tròn từ Petra bị ô xi hóa đến mức không thể nhận dạng. Nhưng khi vật này được chụp với nơtron thì đó là một mảnh đồ trang sức, có lẽ là khuyên tai. Petra nổi tiếng là một trung tâm thương mại thời cổ đại, nối kết giữa thế giới Địa Trung Hải với những nơi khác như Ấn Độ và Trung Quốc. Petra là kinh đô của vương quốc độc lập của người Nabata cho tới khi hoàng đế Trajan hợp nhất vương quốc này vào đế chế La Mã đầu thế kỷ 2 SCN.

Những hình ảnh và phân tích trước đây hé lộ một số vấn đề về định dạng hiện vật và cũng kéo theo một loạt câu hởi mới về kỹ thuật và chất liệu mà thợ thủ công trong quá khứ đã dùng để sản xuất ra những hiện vật này. "Chúng ta cũng có thể kiểm tra một số hiện vật (như dao hay đèn đồng) để tìm những dấu cặn của dầu đã từng được dùng làm chất đốt đèn, hay dao dùng để chặt gì", phát biểu của Ryzewski. 

"Lần đầu tiên tôi biết về máy chụp ảnh nơtron ở Oak Ridge khi tôi trao đổi với Hassina Bilheux (nhà khoa học hàng đầu về máy này ở Brown. Tôi tham gia một hội thảo về hình ảnh nơtron ở SNS tháng 11 năm 2008 và trở thành nhà khảo cổ duy nhất trong nhóm ứng dụng và phát triển máy chụp ảnh nơtron VENUS. Brian Sheldon của ĐH Browm cũng tham gia.  

" Tia chụp nơtron là một bước tiến xa về phía trước đối với những học giả này. "Nhà khảo cổ học và nhà khoa học có thể chỉ thu được thông tin ít ỏi về sản xuất của tài liệu khảo cổ, hiện vật cổ và chất liệu mà từ đó hiện vật tạo thành chỉ từ bề mặt bên ngoài", Ryzewski nói. "Rất ít sử liệu mô tả cấu trúc của những hiện vật này và tài liệu khảo cổ, đồ đồng cổ hay đồ gốm. Nguồn thông tin duy nhất về những hiện vật này được cấu trúc, tạo thành thế nào là những đặc tính chất liệu và thành phần chất liệu"

  Hiện vật khảo cổ học được coi như những tài nguyên văn hóa độc đáo. Những phân tích trước đây thường lấy ra - chiết xuất một mẫu nhỏ từ hiện vât, có nghĩa là gây ra sự hư hại hay thậm chí hủy hoại toàn bộ hiện vật, do đó cách chụp này rất hiệu quả cho phân tích. Cách thức phân tích truyền thống tư liệu khảo cổ học trước đây để lại nhiều vấn đề không giải đáp. 

I" Chụp hình ảnh hiện vật khảo cổ một cách hệ thống và toàn diện bằng nơtron chỉ trở nên khả thi với sự phát triển của CG-1D Prototype Beamline. Phân tích hoạt hóa nơtron và chụp hình ảnh với nơtron ở Oak Ridge có nghĩa là các học giả giờ đây có thể tiến hành những phân tích chi tiết, không phá hủy mẫu vật đối với các mẫu phân tích. "Hiện nay tồn tại một danh sách vô tận của những hiện vật khảo cổ và những vấn đề nghiên  cứu về sự phát triển kỹ thuật cổ đặt ra", theo Ryzewski. ""The CG-1D beam line cung cấp cho chúng ta một lựa chọn vô giá về hoạt động của những phân tích không hủy và không xâm hại mẫu vật".

" Dữ liệu CG-1D có thể giúp làm rõ vật liệu sản xuất, kỹ thuật chế tác, sự phát triển theo thời gian của hợp chất và những chất liệu kết hợp, nguồn gốc địa lý của khoáng vạt và đất sét. Về khía cạnh văn hóa, những người nghiên cứu có thể học về những sinh hoạt hàng ngày như những vật đã được người xưa sử dụng thế nào. "Nhà khảo cổ có thể bắt đầu tái tạo một cách chính xác những mạng lưới quá khứ và mẫu hình của khai thác tài nguyên, buôn bán và trao đổi, những tác động của môi trường của hoạt động công nghiệp đối với phong cảnh cổ và sự chuyển giao, thừa truyền những truyền thống sản xuất thủ công theo thời gian", phát biểu của Ryzewski. "Có một số dạng câu hỏi mà những nghiên cứu và thực nghiệm hiện nay của chúng tôi đang hướng tới".

Chụp hình ảnh với nơtron 3 chiều và phân tích định lượng xuất hiện như một công cụ của time-of-flight beam line với một cái ngắt điện để tạo ra mạch các nơtron để chụp những hình ảnh không gây tác hại. Nơtron chứ không phải tia X tạo nên điều này.

  Ryzewski said. "Một phần công trình trước đây của chúng tôi dùng để thử nghiệm các thông số của dụng cụ và cách thức chúng ta cần để điều chỉnh máy phù hợp với hiện vật - những hiện vật thường đa dạng về thành phần chât liệu, kích thước và tỷ trọng", cũng theo Ryzewski.

  "Chúng tôi biết rằng chúng tôi có thể nhìn sâu hơn bên dưới bề mặt và tìm thấy chứng cứ về các bước chế tạo (đường khớp khuôn đúc), tạp chất hay những phụ gia hữu có trong kim loại (dạng giả), cặn đóng từ việc sử dụng hiện vật và vi cấu trúc của thành phần hợp chất". Những dữ liệu của chúng vẫn còn đang trong nghiên cứu, nhưng những kết quả ban đầu từ đèn bằng đồng thiếc cho thấy có khả năng nhìn thấy và kiểm tra những khía cạnh khác nhau của những lĩnh vực quan tâm khác nhau một khi dữ liệu 3 - D được biên dịch.

"Công việc của chúng tôi mới đang bắt đầu, chúng tôi hy vọng sẽ kiểm tra lại những hiện vật này trong các thử nghiệm lặp lại vào năm 2012. Chúng tôi sẽ mở rộng cơ sở dữ liệu đối với những loại khác của hiện vật kim loại, có thể là một số từ khai quật tàu đắm. Chúng tôi cũng hy vọng sẽ kiểm tra cả những hiện vật bằng gốm".

  Rộng hơn, các học giả có thể sẽ sẵn sàng để cung cấp thông tin cho các nhà khoa học chuyên gia về bảo quản và duy trì những sưu tập bảo tàng. Những phát hiện khác có thể cung cấp những hiểu biết về ứng xử vật chất của khoa học vật liệu. "Mỗi vòng thử nghiệm dấy lên những vấn đề về chất liệu trong hiện vật và về bản thân thiết bị đo đạc", Ryzewski nhấn mạnh.

This fall the researchers return to HFIR to image some of the bronze objects for Bragg-edge peaks in such materials. Collaborating with Ryzewski and Sheldon, are Bilheux and Lakeisha Walker of SNS, Susan Herringer, a PhD student in Materials Science Engineering at Brown, and the Joukowsky Institute at Brown.

The group will publish their results in both archaeological and neutron sciences academic publications. They will present their initial findings at the annual Society for American Archaeology meetings, in Memphis, next April.  

Author: Agatha Bardoel | Source: Oak Ridge National Laboratory [October 13, 2011]

http://archaeologynewsnetwork.blogspot.com/2011/10/ancient-artifacts-yield-their-secrets.html