Synkrotron- och neutronteknik för kulturarvet

Vid MAX IV i Lund sker världsledande forskning genom synkrotronteknik. Parallellt byggs också ESS upp, en annan internationell forskningsanläggning som använder neutronteknik. Tillsammans erbjuder de olika förutsättningar för undersökning och analys med helt andra möjligheter och prestanda än vad som annars är möjligt.

Möjligheterna för teknikernas tillämpning på kulturarvsområdet är för många fortfarande okända. Genom nätverket Heritage Science Sverige prövas nu möjligheterna i samarbete med LINXS vid Lunds Universitet.

Synkrotronljus

MAX IV är en elektronaccelerator för att skapa synkrotronljus (den fjärde Microtron Accelerator for X-rays som byggts i Lund och den ljusstarkaste anläggningen i världen). Genom att accelerera elektroner får man dem att utsöndra olika våglängder av elektromagnetisk strålning. Denna synkrotronstrålning är högkoncentrerad och intensiv. Vanliga analyser som röntgenflourescens kan därmed utföras mycket snabbare, med högre precision, känslighet och upplösning. Möjligheterna skapar unika lösningar och ofta kombineras olika tekniker för att visualisera och undersöka föremål och materialegenskaper.

Se nedan några exempel på tillämpningar på kulturarvsområdet:

Undersökning av Edgar Degas’ Portrait of a Woman. Här utfördes en kartläggning av grundämnen genom synkrotron-röntgenfluorescens (XRF) för att visualisera ett tidigare underliggande porträtt som övermålats.

Undersökning av svavel i regalskeppet Vasa med synkrotronljus och XANES (X-ray absorption near edge structure).

Visualisering av nerbrytning och impregnering i trä från regalskeppet Vasa med synktrotonljus och X-ray computed microtomography (SR-µCT)

Neutronteknik

ESS (European spallation source) utnyttjar neutronteknik, till skillnad från synktrotronljus. Anläggningen kan liknas vid ett gigantisk mikroskop, där neutroner används för att analysera prover på atom- och molekylnivå.

Med neutroner kan man undersöka väteatomer vilket annars är svårt men ofta avgörande för att förstå hur organiska material är uppbyggda. Processen när neutroner avges kallas spallation och sker när en tungmetall bombarderas med protoner. Neutronerna används för att utföra analyser genom olika instrument som finns kopplade till anläggningen. Varje instrument är specialbyggt för att på olika sätt kunna undersöka material och prover, för att besvara olika forskningsfrågor om hur material är uppbyggda på molekyl- och atomnivå.

Neutroner kan passera genom metaller men absorberas av andra lättare ämnen. Radiografi med neutroner ger därför en annan bild jämfört med röntgen där strålningens genomträngning istället styrs av materialets densitet. Med neutroner kan man även titta på levande celler som annars skulle förstöras med högintensiv röntgen.

Andra exempel

Internationella projekt inom kulturarvsområdet som utnyttjat neutron- eller synkrotronteknik:

Neutrontomografi för att visualisera keramikplattor och inträngning av konsolideringsmedel.

Undersökning av kanonkulor från The Mary Rose, inför konservering samt förekomst av järn och svavel i trävirket.

Undersökning av järnkonstruktioner i kyrkbyggnader, med exempel från Milano.

Hur användes bronsålderns svärd? Exempel från Österrike, Italien och Slovenien.

Analys av egyptiskt gravgods med neutrontomografi.

Undersökning av skeppsbultar från Napoleonkrigen.

Tonkvalitet i historiska musikinstrument.

Undersökning av forntida sjukdomar och medicinska mysterier.