Vervalsingen opsporen
Met nucleaire technieken kunnen verborgen tekeningen onder het oppervlak van schilderijen worden ontsloten en zelfs de meest geslepen vervalsingen worden opgespoord, zonder dat het bestudeerde object wordt beschadigd. Technieken zoals bestraling helpen ook culturele voorwerpen te conserveren door ze te ontsmetten van micro-organismen zoals bacteriën of schimmels of door destructief ongedierte uit te roeien.
Cultureel erfgoed, waaronder kunstwerken en archeologische voorwerpen, kan worden geanalyseerd en beschermd met behulp van nucleaire technieken. Infographic: A. Vlasov/IAEA
Karakterisering
- Karakterisering: de studie van cultureel erfgoed met behulp van nucleaire technieken
Karakterisering is een proces waarmee deskundigen de eigenschappen van archeologische en kunstvoorwerpen met grote nauwkeurigheid kunnen onderzoeken en hun leeftijd, chemische samenstelling en oorsprong kunnen vaststellen. Het is niet één methode, maar veeleer een veelheid van nucleaire technieken waarbij gebruik wordt gemaakt van diverse soorten apparatuur en straling, waaronder röntgenstralen, gammastralen, neutronen en ionenbundels.
Karakterisering geeft onderzoekers inzicht in wanneer, waar en hoe een voorwerp is ontstaan. Het verschaft restaurateurs onschatbare informatie over hoe zij unieke archeologische artefacten effectief kunnen conserveren. Het stelt specialisten in staat te bepalen of een kunstvoorwerp authentiek of vals is en vast te stellen of er sprake is geweest van illegale kunsthandel. Het gebruik van karakterisering kan ook helpen om interne structuren, waaronder scheuren, breuken en gebreken in een artefact aan het licht te brengen, zelfs als deze niet met het blote oog zichtbaar zijn.
Hier volgt een overzicht van enkele van de meest gebruikte nucleaire analysetechnieken voor karakterisering.
Een methode om de elementaire samenstelling van schilderijen, manuscripten, munten en keramiek te analyseren is röntgenfluorescentieanalyse (XRF). Door een monster bloot te stellen aan röntgenstraling, veroorzaken wetenschappers straling van chemische elementen in het monster. Deze straling is uniek voor elk element, waardoor de samenstelling van het kunstvoorwerp nauwkeurig kan worden vastgesteld.
In 2010 gebruikten wetenschappers in Frankrijk de XRF-methode om de Mona Lisa te bestuderen, een 16e-eeuws meesterwerk van de Italiaanse kunstenaar Leonardo da Vinci. De onderzoekers analyseerden de samenstelling en dikte van de verschillende lagen verf en glazuur en konden zo de ‘sfumato’-techniek van da Vinci, waardoor het kunstwerk er zo levensecht uitziet, beter begrijpen.
Andere methoden om de chemische samenstelling en structuur van materialen te onderzoeken zijn röntgendiffractie (XRD), neutronenactiveringsanalyse (NAA) en diverse ionenbundelmethoden, zoals protongeïnduceerde röntgenemissie (PIXE), protongeïnduceerde gammastraling (PIGE) of versnellermassaspectrometrie (AMS). Kunstwerken waarvan de elementaire samenstelling met behulp van nucleaire technieken is geanalyseerd, zijn onder meer: een 500 jaar oud gouden beeld van de beeldhouwer Benvenuto Cellini, de Saliera, dat is gestolen en later teruggevonden in de bossen van Wenen in Oostenrijk; een eeuwenoud portret van Sint Joris in Albanië; en gouden en edelstenen artefacten uit het Ayutthaya-koninkrijk dat tussen de 14e en 18e eeuw in het huidige Thailand bestond.
Ouderdom bepalen: hoe een isotoop kan helpen kunstfraude aan te pakken
Om de leeftijd te bepalen van organisch materiaal, waaronder voorwerpen van hout, katoen, papier, leer, wol, zijde of bot, kunnen wetenschappers gebruik maken van een benadering die radiokoolstofdatering heet. Alle levende organismen, zoals dieren of planten, absorberen koolstof. Wanneer ze sterven, begint koolstof-14, een onstabiele isotoop van koolstof, met een bekende snelheid te vervallen. Met behulp van versneller-massaspectrometrie (AMS) meten specialisten de verhouding koolstof-14 in een kunstwerk van organisch materiaal om te bepalen hoeveel tijd er verstreken is sinds het ontstaan ervan. De techniek helpt zo de leeftijd te bepalen van erfgoedobjecten tot 50 000 jaar oud.
Door radiokoolstofdatering toe te passen, konden deskundigen in Frankrijk in 2019 bewijzen dat twee bekende schilderijen – een impressionistisch en een pointillistisch – vervalsingen waren. Ze ontdekten dat de doeken na de jaren vijftig van de vorige eeuw waren vervaardigd, terwijl de schilderijen rond de eeuwwisseling zouden zijn gemaakt.
Radiokoolstofdatering werd ook toegepast om de leeftijd te bepalen van een bronzen beeld van de Capitolijnse Wolf in Italië; een bronzen beeld van Apoxyomenos dat werd gevonden in de wateren van de Adriatische Zee voor de kust van Kroatië; en een oud aquacultuursysteem in het land van het Gunditjmara-volk in Australië.
Binnen kijken: hoe een röntgenscan twee verborgen schilderijen van Picasso onthulde
Om de interne structuur en integriteit van culturele erfgoedobjecten te analyseren, gebruiken wetenschappers industriële radiografie. Ze laten röntgenstralen, gammastralen of neutronen door een object gaan om het inwendige te bekijken. Wanneer de straling een belichte film of een speciaal ontworpen digitale camera aan de andere kant raakt, ontstaat een beeld van wat aan het zicht wordt onttrokken, met inbegrip van interne defecten of scheuren.
Bovendien helpen röntgenstralen van schilderijen vaak bij het identificeren van tekeningen die eronder liggen. Röntgenanalyse van Picasso’s “De oude gitarist” – een van de beroemdste werken uit de “Blauwe Periode” van de kunstenaar – bracht aan het licht dat hij een oud doek opnieuw had gebruikt. Onder de verf zaten twee composities die hij eerder had gemaakt: een oudere vrouw met voorovergebogen hoofd en een jonge moeder met een geknield kind aan haar zijde.
Een ander recent voorbeeld is de analyse van het schilderij ‘Hoofd van een boerin’ van Vincent van Gogh in het Verenigd Koninkrijk, waarbij een verborgen zelfportret van de kunstenaar aan het licht kwam.
Desinfectie
- Desinfectie: het verwijderen van schadelijk ongedierte uit objecten van cultureel erfgoed
Langdurige conservering van unieke, onvervangbare historische artefacten kan een uitdaging zijn, omdat onjuiste opslagomstandigheden ertoe kunnen leiden dat bacteriën, insecten en dieren, of schimmels en zwammen zich ontwikkelen op het oppervlak of binnenin de artefacten – waardoor ze achteruitgaan of zelfs volledig vernietigd worden. Ioniserende straling kan een oplossing zijn voor dit probleem omdat het in staat is dergelijk ongedierte te elimineren.
Om objecten te desinfecteren, bestralen deskundigen ze met behulp van speciale apparatuur, zoals hoogenergetische elektronenbundelversnellers, röntgenapparaten of installaties voor de verwerking van gammastraling die radioactieve bronnen van kobalt-60 of cesium-137 bevatten. In een installatie voor gammastraling wordt een artefact gewoonlijk naar de bestralingskamer gebracht. Daar wordt het blootgesteld aan ioniserende straling en vervolgens weer naar buiten gebracht, gedesinfecteerd en ontsmet.
Een beroemd voorbeeld van een historisch artefact dat deze behandeling heeft ondergaan is de 3200 jaar oude mummie van de Egyptische farao Ramses II. Deze werd in 1977 in een fabriek in Frankrijk gedesinfecteerd met gammastraling om insecten en schimmels te elimineren. Andere voorbeelden zijn boeken uit de bibliotheek van het Vredespaleis in Nederland, filmrollen uit het Nationaal Filmarchief van Roemenië, een babymammoet die in de permafrost van Siberië is gevonden en houten iconostasen in de Heilige Voivode van Michaël en Gabriëlkerk in Roemenië.
Kan stralingsdesinfectie schadelijk zijn voor cultureel erfgoed? Worden ze radioactief en gevaarlijk voor mensen?
Wanneer een stof aan straling wordt blootgesteld, ontvangt zij energie die haar structuur op moleculair niveau wijzigt. Maar verschillende materialen worden verschillend beïnvloed, afhankelijk van de chemische samenstelling, het soort chemische bindingen dat in het materiaal aanwezig is, de blootstellingstijd en de intensiteit. Een goed uitgevoerde behandeling beschadigt weliswaar levende verontreinigingen en ongedierte, maar brengt geen schade toe aan culturele artefacten.
Restaurateurs gebruiken kleine stralingsdoses van maximaal 10 kilograan, zodat de voorwerpen van het cultureel erfgoed niet worden beschadigd. Ze worden niet radioactief na de behandeling en kunnen mensen in hun omgeving niet bestralen. De voorwerpen blijven zoals ze waren, alleen worden ze nu gedesinfecteerd.
Wat zijn de voordelen van het conserveren van cultureel erfgoed door middel van bestraling?
Van oudsher gebruiken deskundigen chemische en fysische methoden om cultuurhistorische voorwerpen te desinfecteren. Deze gaan gepaard met het gebruik van toxische stoffen of thermische behandelingen en kunnen dus schadelijk zijn voor de voorwerpen, de restaurateurs of het milieu. Beide benaderingen kunnen duur zijn. Bovendien kan geen van beide de volledige uitroeiing van ongedierte garanderen als de behandeling niet het gebied bereikt waar de insecten of wormen zich hebben gevestigd.
Toepassing van bestralingstechnieken heeft verschillende voordelen ten opzichte van traditionele methoden: zij kunnen bij kamertemperatuur worden toegepast zonder fysiek contact met het object of de noodzaak van extra stoffen, en zij laten geen sporen na en veroorzaken geen schade aan de behandelde materialen. Eventuele risico’s kunnen tot een minimum worden beperkt door stralingsontsmetting uit te voeren in goed beschermde ruimten onder strikte veiligheidsvoorwaarden.
Ontsmetting van cultureel erfgoed in een installatie voor gammabestraling. Infographic: A. Vargas/IAEA
Consolidatie
- Consolidatie: herstel van verzwakte materialen in voorwerpen van cultureel erfgoed
Bestraling kan worden gebruikt om de chemische bindingen van aangetaste voorwerpen te herstellen, waardoor artefacten sterker en steviger worden. Bij deze methode wordt het object of materiaal doordrenkt met een vloeibare hars en vervolgens blootgesteld aan straling om het te verharden en te versterken.
Bij de consolidatiemethode blijft het uiterlijk van het voorwerp vrijwel ongewijzigd, maar worden het materiaal en de fysische en chemische eigenschappen ervan zodanig veranderd dat ze sterker en dichter worden.
Zo werd in 2011 bestraling toegepast op een Romeins houten schip uit de eerste eeuw dat was gevonden in de rivier de Rhône in Arles, Frankrijk. Toen het schip na de vondst lag te drogen, begon het hout af te brokkelen. Om het oude relikwie te redden, gebruikten specialisten van ARC-Nucléart de consolidatietechniek: zij impregneerden het hout van het schip met een radioharde hars en stelden het bloot aan ioniserende straling om het hout te verharden en te voorkomen dat het schip uit elkaar zou vallen.
,