Neutron Tomografi og arkæologisk fundmateriale – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Neutron Tomografi og a...

19. november 2009

Neutron Tomografi og arkæologisk fundmateriale

Hej Spørg om Fysik 

Billedet er fra internettet og er af Paul Scherrer Instituttet.

Jeg er konserveringstekniker, og arbejder til dagligt bl.a. med det arkæologiske  fundmateriale, som er gravet op fra arkæologerne fra deres forskellige udgravningerne her i  landet.

Materialet kan være: keramik, jern, glas , org. materiale som læder, tekstil osv.

For  at undersøge f.eks. en Urne og dens indhold før den bliver gravet op, bliver der fremstillet en røntgen-optagelse for at se på indholdet.

Via røntgenoptagelsen er det bare svært at se det organiske materiale, som kan være rester af læder/tekstil m.m. En del af de fundne Urner bliver bl.a. efterhånden også scannet via en CT scanner (Panum Instituttet) før de bliver gravet op.  Det vundne materiale giver en  mulighed  for at se indholdet og deres placering til hinanden, f.eks. rester af brændte knogler, eller som her, div. kæder med ravperlerne, som var placeret i en krukke. 

Fornylig  læste jeg en artikel om et tysk Neutron Tomografi-projekt, som gav den mulighed, at der var nogle begrænsninger mht. materialegrupperne, som f.eks. metal i kombination med organiske materialer såsom læder m.m.

Er det muligt at fortage sådanne scanninger her i Denmark, og hvis, hvor kan man gøre det?

Mange hilsener
 G N

 

Det er helt rigtigt, at man kan bruge forskellige typer stråling til at se "ind" i ting med. Man kender det bedst fra røntgenbilleder hos tandlægen, skadestuen, osv.

Her udnytter man, at der er forskel på, hvor let strålingen trænger igennem forskellige materialer. For eksempel trænger røntgenstrålet let igennem muskelvæv og ikke så let igennem knogler. Dette giver en skygge, som man så kan se på billedet.

Man kan på denne måde undersøge alle slags genstande, så længe noget af strålingen kan trænge igennem.

Ved at tage et enkelt billede får man en slags fotografi, som er to-dimensionelt. Man kan f.eks. se, at der er et hul i tanden, men ikke præcist hvor dybt inde i tanden, hullet sidder.

For at få information om dybden, skal man tage billedet fra flere retninger. En systematisk måde at gøre dette på er at skyde fra mange vinkler hele vejen rundt. Der findes computerprogrammer, der herudfra kan beregne et tre-dimensionalt "billede" af genstanden. Dette kaldes tomografi; i lægeverdenen kendt som CT-scanning.

Røntgenstråling er klart den mest anvendte stråling til tomografi. Det er relativt let at lave strålingen, og den trænger fint igennem mange materialer. I visse tilfælde kommer den dog til kort. Hvis en genstand består delvist af meget tæt og tungt stof, vil man have svært ved at se detaljer i de lette materialer. Som i dette eksempel med organisk materiale i en urne. Endvidere vil tunge stoffer, som jern og bly, kunne stoppe strålingen fuldstændigt.

En anden type stråling er neutroner. Det er partikler, som normalt kun findes inde i atomkerner. Hvis de er udenfor en atomkerne, vil de forvandle sig til brint i løbet af et kvarter. Det er imidlertid langsomt nok til, at man kan bruge neutronerne til tomografi. Da neutroner er elektrisk neutrale, vil de ikke kunne stoppes af elektronerne i materialet, kun af atomkernerne. Det er nu så heldigt, at de fleste metaller er ret dårlige til at stoppe neutroner, mens især brint giver en stærk skyggevirkning. Ved neutrontomografi kan man derfor se de mest "umulige" ting, f.eks. en blomst inde i en blydåse, eller som her:

Billedet er neutron topografi af et arkæologisk fund fra Internettet

knoglerester i en urne.

Neutroner er imidlertid meget svære at producere. Det kræver en kernereaktor eller et avanceret acceleratoranlæg (spallationsanlæg). Sådanne "neutronkilder" findes kun ca. 20 steder i verden, f.eks. i Tyskland, England og Frankrig. Der er internationale aftaler, så forskere fra hele verden kan benytte disse neutronkilder.

De nærmeste udnyttelser af neutrontomografi findes på neutronkilderne ved det tekniske universitet i München, og ved Paul Scherrer Instituttet i Villigen, Schweiz. I foråret blev det besluttet, at den nye fælleseuropæiske spallations-neutronkilde, ESS, skal placeres i Lund i Sverige. Det detaljerede design er endnu ikke på plads, men der er stor chance for, at man vil kunne lave neutrontomografi også på ESS. Desværre tager det meget lang tid at bygge et så stort anlæg, så vi må vente til 2019.

I mellemtiden er der dog stadig mulighed for at benytte de eksisterende europæiske neutronkilder. Det skal også tilføjes, at der findes fælleseuropæiske anlæg til at producere meget kraftig røntgenstråling med større gennemtrængningsevne og bedre forstørrelse end hjemlige røntgenanlæg. Disse synchrotron-røntgen faciliteter kan ligeledes benyttes af alle europæiske forskere, og også her er der opstillinger specialiseret til tomografi.

Danske forskere, der beskæftiger sig med forskning med røntgen og neutron stråling ved udenlandske faciliteter er organiseret i centret DANSCATT, som kan hjælpe danske forskere med at få adgang til de udenlandske faciliteter, inklusive støtte til rejser.

Med venlig hilsen
Kim Lefmann lektor