文物的X射線成像:編輯推薦,目錄,文摘,

2012年胡東波編著圖書。由科學出版社出版。

基本介紹

中文名稱：文物的X射線成像
定價：80.00元
作者：胡東波
出版日期：2012-2
ISBN：9787030335951

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《放射線檢測:文物的X射線成像》由科學出版社出版。

文摘

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第1章概述

文物兼有藝術價值、歷史價值與科學價值，是我們打開通往古代社會大門的鑰匙。文物作為歷史形象的物質載體，能夠突破時間和空間的限制，給歷史以質感，這一點，是其他任何物質實體都無法取代的。

文物保護研究工作可以分為文物保護科學與文物保護技術兩個方面。文物保護科學致力於解釋回答“是什麼”、“為什麼”的問題，也就是文物材料的性質及其劣變規律，文物在環境中劣變的因果性；文物保護技術則關心“做什麼”、“怎么做”，因而要給出操作方法。科學強調客觀，是理性認識，而技術則反映了主體的價值取向，是實踐認識。由於文物保護對象-文物幾乎囊括了所有人類生產製造的物品，所以文物保護科學研究必然涉及多種學科，需要從多個專業以及不同的角度對文物展開理解和認識。

從第一眼看到文物開始，到最終解釋定論，經歷著一個複雜的過程。這個認識過程是否科學有序，直接影響到對文物的認識程度①。文物保護工作就是通過對文物進行完整而科學的分析認識，制訂並實施合理的保護措施保持文物的物質與文化內涵，最大限度地延長文物的壽命。

隨著科學技術的進步，越來越多的現代科學技術、儀器和方法也自然而然地被科學家吸收用於文物保護事業，逐漸形成更加完整、更加科學的保護研究方法體系，使文物保護工作達到另一個全新的高度。

在諸多的檢測分析技術中，X射線成像技術是十分重要的一種，並日益廣泛地套用於文物研究。但是總體來說，與文物保護這門學科一樣，X射線檢測技術在文物中的套用還處於最初步的探索階段，還沒有形成一套完整的研究體系。與醫學X射線診斷和工業X射線探傷不同，文物的X射線成像所面對的研究對象繁雜，所使用的X射線強度跨度大，對操作人員以及儀器設備的使用要求也相應變得複雜，這首先就需要我們對研究的對象以及所使用的設備有一個基本的了解。

自1988年於中國歷史博物館與姚青芳先生一道為司母戊大方鼎拍攝X射線照片開始，至今已經拍攝各類文物的X射線照片萬餘張，希望藉此書做一個初步的總結，期望對從事相關研究的文物保護工作者有所幫助。

1.1 射線檢測

射線檢測是目前五種常規無損檢測技術之一，它依據被檢物體成分、密度、厚度等的不同，對射線（即電磁輻射或粒子輻射）產生不同的吸收或散射的特性，對被檢物體的質量、尺寸、特性等作出判斷。

1.1.1 射線檢測的主要方法

目前射線檢測已廣泛套用在醫學、工業、軍事及科學研究等領域。在工業上的套用最為廣泛，也形成了完整的方法體系，一般可劃分為三類：

射線照相檢測技術。包括X射線照相檢測（主要用於鑄焊件、電子元器件檢驗及結構測繪）、γ射線照相檢測（主要用於鑄焊件檢驗）、中子射線照相檢測（主要套用於含氫物質，腐蝕、發射性材料等檢測）、電子射線照相檢測（主要用於紙張、郵票等的檢測）、相紙射線照相檢測（主要用於低靈敏度檢測）、高速射線照相檢測（彈道、爆炸、工藝、生物等過程研究）等。

射線實時成像檢測技術。包括X射線螢光實時成像（主要用於機場、車站、海關檢查）、圖像增強實時成像檢測（主要用於工業線上檢測）、數字實時成像檢測（主要用於機場、車站、海關檢查）、X射線光導攝像實時成像（主要用於生物、文物考古等研究）等。

射線層析檢測技術。包括射線層析檢測（CT技術）（主要用於航空航天重要器件檢測、科學研究）、康普頓散射成像檢測（主要用於機場、航空航天重要器件檢測）。

1.1.2 射線檢測的特點

與其他常規無損檢測技術（如超聲檢測技術、磁粉檢測技術等）相比，射線檢測技術具有以下幾方面特點：

·套用範圍廣，適用於各種材料的檢驗，包括金屬材料（有色、黑色）、非金屬材料、複合材料以及放射性材料；

·對被檢物件無特殊要求，檢驗結果顯示直觀；

·檢測結果可以長期保存；

·檢驗技術和檢驗工作質量可以自我監測。

上述特徵也是射線檢測的優點，因此，射線檢測技術目前廣泛套用於機械、兵器、造船、電子、航空、航天等工業領域以及醫學和科學研究領域。

射線檢測技術的缺點主要在於輻射問題。射線具有輻射生物效應，對人體可產生傷害，因此在套用射線檢測技術時必須考慮輻射防護問題，需要按照國家和行業的有關標準和規定做好防輻射工作，保證工作人員安全。另外較高的檢測成本及對裂紋類缺陷方向性檢測的限制也可算是常規射線檢測的缺點，近年來的新設備和新技術正在克服這些弱點，如射線實時成像檢測技術、計算機層析（CT）技術等。

1.2 X射線成像檢測技術概述

X射線成像檢測技術是射線檢測技術的一個重要領域。自1895年倫琴發現X射線以來的一個多世紀裡，X射線檢測技術一直在飛速發展並越來越廣泛地套用於諸多領域。

1.2.1 X射線成像檢測技術的發展歷史

1895年德國物理學家倫琴發現X射線是射線檢測技術的原始基礎；1911年德國米勒博士成功地製造了世界上第一支X射線管，提供了產生X射線的基本組件和設備；1912年美國物理學家D·庫利吉博士研製出可以承受高電壓、高管流的新型射線管――白熾陰極X射線管，為X射線的工業套用奠定了基礎；1915年，人們開始利用X射線去透照物體並在感光板上獲得物體的影像，這就是最早的射線透射成像技術；1922年美國麻薩諸塞州的Watertown陸軍兵工廠安裝了庫利吉X射線機，第一次完成了真正的工業X射線照相。此後射線照相技術得到了迅速發展，20世紀30年代開始正式進入工業套用；40年代射線照相檢驗底片的質量問題被首次提出；1962年前後建立了完整的基本理論，在今天仍在指導常規射線照相技術。70年代後圖像增強器射線實時成像技術、射線層析技術（CT技術、康普頓散射成像檢測技術）等發展迅速；90年代後進入了數字射線檢測技術時代。

1.2.2 X射線成像檢測技術的基本理論

X射線又稱倫琴射線，是1895年德國物理學家倫琴（1845～1923）在研究陰極射線時發現的一種穿透物體的貫穿性輻射現象，因當時不知它是何種射線故命名為X射線，後來為了紀念倫琴的貢獻，又稱之為倫琴射線。德國物理學家勞厄（1879～1960）於17年後通過X射線晶體衍射試驗證明了X射線本質是具有強穿透能力的電磁波。X射線的波長範圍為0.005～10nm，介於紫外線和γ射線之間（實際的界限有一定的模糊）。波長直接關係到X射線的穿透能力，波長越短，光子的能量越大，其穿透能力也越強。在實際工作中通常將光子能量高、波長短的X射線稱為硬X射線。在X射線成像檢測中，實際使用的波長範圍一般是0.005～0.3nm。

當X射線射入物體後會與物體發生複雜的相互作用，即光子與物質原子的相互作用，表現出光電效應、康普頓效應、電子對效應和瑞利散射等現象。由於這些相互作用，一部分射線被物質吸收，一部分射線被散射，因而X射線在穿透物質時產生了衰減。

當射線通過被檢測物體時，由於物體上不同成分、厚度、密度的部位對射線的吸收能力不同，射線的衰減程度就不同，因而反映在X射線成像底片上的黑度就不同，底片上相應部位就會出現黑度的差異。通過這些黑度差異可以獲取物體內部成分結構等重要信息，這便是X射線透射成像檢測的基礎。

1.3 X射線成像檢測技術在文物領域的套用概述

除了工業、醫學、軍事領域外，X射線成像檢測技術也是研究金屬、泥質、石質、木質文物以及漆器、油畫、紙張和絲織品等類別文物製作工藝和保存狀況的一種有效無損檢測手段，因此也在越來越廣泛地用於文物領域。

1.3.1 X射線成像檢測技術在文物領域套用的發展狀況

X射線透射成像技術套用於文物藝術品的研究始於20世紀20～30年代，當時主要用於紙質文物藝術品的檢測。隨著X射線技術的發展、X射線管發射功率的提高，X射線成像技術開始用於博物館不同材質藏品的分析檢測。通過觀察文物內部的形態、相關技術的結構特徵、古代及近現代修復痕跡等，為器物真偽鑑定和古代技術研究提供依據①。20世紀50年代，R.J.Gettens就曾使用X射線成像檢測技術對佛利爾美術館館藏青銅器的鑄造特徵進行了分析②。在中國，X射線成像技術套用於文物研究始於20世紀70年代。上海博物館針對書畫及漆木器等文物的無損檢測和科學鑑定，率先在國內套用了軟X射線機進行文物無損檢測，使用DGX-4型軟X射線機進行了一系列的試驗和套用，獲得了理想的效果和經驗③。其他如北京科技大學、甘肅省博物館等，也先後引入了此項技術。西安文物保護修復中心在與義大利合作期間（從1995年開始），即把X射線成像技術系統地用於不同材質文物如青銅器、陶瓷器、鐵器、金銀器、骨質文物的研究中，以考察文物的保存狀況、內部形貌、器物的古代製作工藝特徵等④。

近十幾年來X射線成像檢測技術在金屬文物（尤其是青銅器）檢測中的套用更加普遍，幾乎是研究金屬文物必不可少的檢測手段。除了單個的器物之外，北京大學考古文博學院文物保護實驗室也開始嘗試用該檢測手段對青銅器群做系統研究，實驗室曾使用X射線成像檢測技術先後對陝西寶雞國墓地青銅器群①、山西曲沃晉侯墓地青銅器群②、江西新乾大洋洲商墓青銅器群進行了嘗試性的系統研究。

1.3.2 X射線成像檢測技術在文物領域的主要套用

概括起來，文物的X射線成像在文物領域的套用主要包括以下幾個方面：

（1）文物內部結構的研究

在進行實驗室考古發掘時，文物常處於複雜的堆積狀態，此時通過X射線成像，可以輔助判斷各類文物的準確位置與相互關係。例如在對內蒙古圖爾基山遼墓出土文物的實驗室發掘整理中，X射線成像技術有效地幫助發掘者獲知棺內金銀器類文物、人骨架和遺存金屬汞的原始狀態，進而有的放矢地進行考古發掘。

對於金屬質文物（如青銅器、鐵器、金銀器等）來說，通過X射線檢測技術可以使研究者透視器物的內部，即從X射線成像底片上對其紋飾、銘文、鑄造工藝特徵（如芯撐、范縫、盲芯、加強筋、補鑄等）等方面的信息有更加清晰準確的辨認，從而得以獲取出不可直接觀察到的重要信息。因此它是研究金屬器鑄造、保存狀況的有效方法。

此外，X射線成像檢測技術還可以套用在木質、油畫、壁畫等其他類文物上。

（2）文物腐蝕狀況的研究

文物的X射線成像，除了可以幫助我們了解文物的內部構造外，還可以幫助我們了解文物的腐蝕狀況、修復情況（如青銅器的焊粘接、修補、粘接等），可以通過這種無損的分析檢測方法了解文物的保存狀況，為制定相應的保護方案提供依據。但是，由於對此認識較晚以及樣品稀缺，導致相關的基礎研究一直處於空白狀態。我們通過一些有限的青銅樣品，進行了這方面的嘗試，試圖通過X射線成像中的不同表現形式，揭示出青銅器內部不同形式和不同程度的腐蝕。儘管只是初步的研究，但是，我們認為，這種研究是有意義的，可以為文物病害無損檢測學科的建設，提供有益的幫助。

（3）為文物的考古學研究提供依據

文物的X射線成像檢測結果還可以用以探究考古學分期、文化面貌等問題。傳統的考古學研究通常是根據紋飾、器形等外部信息來進行上述領域的研究，而X射線成像檢測技術可以獲取到外表不可見的製造工藝等內部信息，研究者可通過探究這些製造工藝中潛在的規律，結合紋飾器形等信息來研究分期及文化面貌等問題。尤其在青銅器群的研究中，通過X射線成像技術獲取的芯撐、加強筋、分鑄等鑄造工藝信息可以作為分期及文化面貌研究的依據之一，從而為考古學研究提供一定的輔助作用。

1.3.3 X射線成像檢測技術在文物領域套用中存在的問題

X射線成像檢測技術具有無損的優點，提供的信息直觀、實用、可靠，靈敏度高，重複性好。但也存在一定問題，從目前套用情況來看，主要存在以下幾方面。

一是成本較高，不利於大規模拍攝。這在某種程度上限制了此項技術的廣泛使用，不可能對所有的器物進行拍攝。所以需要與考古人員合作、商討，挑選出具有代表性的、重要的器物進行調查。

二是設備的限制。因為儀器放置、大小等原因，一些器物沒有辦法從最好的角度進行拍攝，所以一些問題要留到以後來解決。在對弧度較大的部位拍攝時，照片反映的信息有一定失真現象，雖然可以通過採取底片緊貼器物內、外壁拍攝的措施來獲取單壁的影像，但在條件許可的情況下，最好採用周向X射線機進行拍攝，但此方式尚未見有在文物檢測中套用的報導。此外我們目前的設備只能拍攝平面圖像，反映平面的二維影像，對三維實物成像具有局限性。這一局限有待於工業CT技術的廣泛套用來解決。

三是對文物的影響。雖然X射線成像不會對被測青銅器造成損害，但是必須強調X射線應在熱釋光測試分析完成後或熱釋光樣品採集完後再進行。經過X射線照射的陶器、瓷器、青銅器范土等，進行測年時其結果往往會不準確，只能採取一些措施來加以補救①。

四是具有一定的危險性。X射線屬於高能射線，對生物體有害，會引起多種疾病。要認真做好防護工作，操作過程中要有安全意識，操作員要注意個人防護，並保證他人的安全。

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