Культура

PostaНаука: как атомные технологии используются в работе искусствоведов и историков

02 ноября 2021

Posta-Magazine

Вместе с госкорпорацией «Росатом», запустившей просветительский онлайн-проект Homo Science (homo-science.ru), созданный, чтобы донести академические знания до молодой аудитории, мы публикуем серию материалов о том, как атомная энергетика меняет нашу будничную жизнь к лучшему — и почему знать о ней нужно и интересно и художникам, и работникам музеев, и даже fashion-дизайнерам. Сегодня выясняем, как атомные технологии используются в работе искусствоведов и историков — а также сколько это стоит и где готовят узких специалистов такого профиля. Разобраться в вопросе нам поможет Екатерина Васильевна Пархомчук, к.х.н., руководитель группы темплатного синтеза в Институте катализа СО РАН, заведующая лабораторией изотопных исследований в ИАЭТ СО РАН Новосибирск.

Сколько лет, сколько зим

Удивительно, но факт: атомные технологии помогают датировать находки археологов возрастом до 70 тысяч лет. Например, благодаря «мирному атому» был определен возраст Туринской плащаницы, почитаемой как святыня католической и православной церквями. Многие христиане убеждены, что именно в это полотно завернули тело Иисуса Христа после смерти, но ученые уже оперируют фактами: покрывало было создано не ранее XIII века — в период между 1260 и 1390 годами.

Оплакивание Христа (фрагмент). Петрус Кристус. 1460 год

Как это удалось выяснить? Ученые использовали метод радиоуглеродного анализа, который позволяет выяснить, в каком количестве в исследуемом образце остались атомы углерода-14, который начинает уменьшаться в результате радиоактивного распада, и замерить соотношение углерода-14 и углерода-12. Чем меньше атомов 14С, тем старее объект. Радиоуглеродный анализ проводят с помощью ускорительной масс-спектрометрии, которая «поштучно» регистрирует каждый атом радиоуглерода. Для проведения анализа достаточно всего 3 мг образца, а Туринскую плащаницу исследовали по одной нитке!

Posta-Magazine: Масс-спектрометрия — настоящая находка для музейных работников. Но насколько такое оборудование доступно?

Екатерина Пархомчук: Первая российская установка ускорительной масс-спектрометрии создавалась в условиях жесточайшей инфляции из старых комплектующих, которые оставались еще в запасе Института ядерной физики СО РАН с советских времен. Сейчас расходы на создание одной установки ускорительной масс-спектрометрии c напряжением 1 МВольт, позволяющей определять широкий набор редких изотопов, в комплекте с системами подготовки проб могут составить несколько сотен млн рублей. В 2019 году закупка прибора швейцарского производства с напряжением 0,2 МВольт, можно сказать, миниатюрного ускорительного масс-спектрометра (MICADAS -Mini-Carbon-Dating-System), способного регистрировать только один изотоп С-14, обошлась в 200 млн руб, и 16 млн руб было потрачено на систему графитизации проб. Такие цены доступны для крупных научно-исследовательских центров и университетов России.

Постройки в Мачу-Пикчу, основан около 1430 г

Кумранские рукописи, Десять заповедей, 30–1 гг. до н.э.

Наскальный рисунок гигантского оленя в пещере Ласко, 15-18 тысяч лет

Говорят, царь — ненастоящий!

Те же самые атомные технологии также могут помочь искусствоведам и коллекционерам определить подделку. Так из статуса подлинника в статус подделки перешла картина из серии «Контраст форм» французского художника Фернана Леже из коллекции Пегги Гуггенхайм.

Физики, применив метод ускорительной масс-спектрометрии, определили уровень радиоуглерода в холсте — и он оказался слишком высоким для холста, предположительно созданного до начала ядерных испытаний в мире. Дело в том, что с середины XX века и до 1963 года ядерные державы проводили ядерные испытания, в результате чего концентрация радиоактивного углерода-14 в атмосфере повысилась (в том числе и в растениях и в частности льне, из которого делали холсты) и достигла обычных значений лишь после запрета на подобные испытания (среди ученых это явление называется «ядерным пиком» радиоуглерода).

Изменение атмосферной концентрации радиоактивного углерода-14, вызванное ядерными испытаниями. Синим показана естественная концентрация

Кстати:
С помощью масс-спектрометрии можно не только разоблачать поделки, но и раскрывать некоторые секреты творчества: например, физики смогли выяснить, как Рембрандт, писавший в «рельефной» технике импасто, изготавливал свои «экспериментальные» краски. С помощью масс-спектрометрии вторичных ионов ученые узнали, что художник использовал смесь льняного масла, свинца и пшеничного крахмала!

Posta-Magazine: Сколько стоят подобные исследования и целесообразно ли содержать такое оборудование в музее?

Екатерина Пархомчук: Для эффективного использования атомных технологий мало знать одну кнопку. Сложные механизмы действуют при разделении функций и делегировании их узким специалистам. Например, в деле определения возраста методом радиоуглеродного датирования исторических ценностей чрезвычайно важно сотрудничество людей, имеющих высокую квалификацию в различных областях науки: физике элементарных частиц, физической химии, аналитической химии и археологии. Разумнее заключать договоры о сотрудничестве со специализированными центрами, в которых работают разнонаправленные специалисты на разнообразных приборах. В настоящее время музей любого уровня из любого отдаленного поселка может позволить себе провести радиоуглеродную датировку образцов на ускорительном масс-спектрометре, отправив изучаемые образцы на анализ в российский или зарубежный датировочный центр. Анализ одного образца будет стоить до 10 тысяч рублей в России и 300-500 евро за рубежом.

Светлое будущее

Атомные технологии — это не только способ изучить наше прошлое, но и шанс построить лучшее настоящее — например, они помогают сохранять для потомков произведения искусства. Как? Используя гамма-облучение и рентгеновскую дифракцию (XRD), физики ядерщики с помощью ионизирующего излучения защищают произведения искусства от микробов и плесени, то есть дезинфицируют их — этим способом спасают старинные книги, картины, мебель и скульптуры. Кроме того, ионизирующее излучение применяют для повышения долговечности предметов искусства, усиливая стабильность полимеров, которыми покрывают пористые поверхности артефактов.

Кроме того, атомная отрасль вносит свой вклад и в охрану произведений искусства в музеях. Например, датчики серии «Яхонт» изначально были разработаны для военных целей, но специалисты компании «Элерон», входящей в состав «Росатома», создали на их основе уникальные охранные системы для выставочных галерей: реагируя на любое, даже самое незначительное вторжение в охраняемую зону либо физическое воздействие на объект, датчики передают информацию на пост охраны по радиоканалу в широком спектре частот, что гарантирует устойчивость к помехам. Именно такие датчики (размером всего-то с банковскую карту) установлены в Третьяковской галерее после резонансного инцидента с кражей в 2019 году: картину Архипа Куинджи «Ай-Петри. Крым» из коллекции Русского музея похититель снял со стены прямо на глазах у посетителей выставки, вынул из рамы за колонной и не спеша покинул галерею. По результатам расследования руководство Третьяковки решилось доверить «мирному атому» охрану не только основных экспозиций, но и таких временных выставок.

Третьяковская галерея (Скульптура Амур со стрелой. Михаил Козловский, 1797)

Posta-Magazine: Много ли в России специалистов в области масс-спектрометрии — и где их готовят?

Екатерина Пархомчук: По данным журнала Radiocarbon, который традиционно составляет реестр датировочных лабораторий, в 2020 году в России действовало восемь центров, использующих радиоуглеродное датирование: три в Москве, два в Санкт-Петербурге, два в Новосибирске и один в Магадане. Только в одном из них — в Новосибирске — работают на ускорительных масс-спектрометрах, остальные центры используют датчики радиоактивности или возят подготовленные пробы в зарубежные центры УМС. Накоплен неплохой опыт в Екатеринбурге по определению радиоуглерода в природных объектах с целью мониторинга экологического состояния среды. В целом любой ВУЗ, имеющий в своем наборе факультеты естественного профиля, прежде всего, физический и химический, может готовить специалистов в области применения атомных технологий, но высокая квалификация сотрудников возникает только в постоянной практической работе с реальными объектами, поэтому наибольшего успеха на этом поприще стоит ожидать в научных центрах, объединяющих различные научные направления и образование в единое целое.

Детали:
homo-science.ru
Homo Science в Instagram* (*Meta Platforms Inc. (Facebook, Instagram) — организация, деятельность которой признана экстремистской, запрещена на территории Российской Федерации)
Homo Science в Vkontakte
Homo Science в Facebook* (*Meta Platforms Inc. (Facebook, Instagram* (*Meta Platforms Inc. (Facebook, Instagram) — организация, деятельность которой признана экстремистской, запрещена на территории Российской Федерации)) — организация, деятельность которой признана экстремистской, запрещена на территории Российской Федерации)
Homo Science на Youtube