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Anwendung von nukleare Sonden und Ionenstrahlen in der Kunstgeschichte

"Für Kennerschaft gibt es keinen Ersatz." Diese erste Reaktion von Experten seitens der Kunst auf Verfügbarkeit und Einsatz modernster naturwissenschaftlicher Methoden zur Gewinnung objektiver Messdaten ist überholt. Den Naturwissenschaftlern ist bewusst: Kunstwerke sind Unikate und häufig "morbide Patienten", im Vordergrund steht die Konservierung. Wissenschaftliche Untersuchungen an den Objekten erfordern eine äußerst schonende Behandlung, die das Risiko von "Verletzungen" ausschließt.

Der Protonenstrahl an Luft erlaubt es nun, ohne Probenahme Informationen auch selektiv aus unterschiedlichen Materialtiefen zu erhalten. Das geschieht zerstörungsfrei durch Protonenbestrahlung und simultane Erfassung der verschiedenen "Antworten" des Objektes durch ein optimales Arrangement hochempfindlicher Detektoren.

Mittels PIXE und Verwendung verschiedener Protonenenergien gelingt es, Schichtenabfolgen zu identifizieren. Schnelle Protonen ionisieren die Atome der chemischen Elemente von Materialien, es entsteht "material-charakteristische" Röntgenstrahlung. Mit wachsender Energie wächst die Eindringtiefe der Protonen ins Material und der Tiefenbereich, dem die gemessene Röntgenstrahlung entstammt.

An den Atomkernen des Malmaterials "reflektierte" Protonen (RBS) informieren uber die Präsenz chemischer Elemente an der Objektoberfläche. Ist die Malschicht von einer organischen Lasur (z.B. Firnis) uberdeckt, so wird das im gemessenen RBS-Spektrum durch die Verschiebung der Kanten angezeigt.

Mit PIGE lassen sich leichte Bestandteile von Gläsern (B, Na, Mg, Al, Si) bis in Tiefenbereiche von ca. 50 μm nachweisen. Das Verfahren nutzt die Emission elementcharakteristischer Gammastrahlung von durch Protonen getroffenen und umgewandelten Atomkernen der Glasbestandteile. Der Vergleich der gemessenen Signale aus PIGE und PIXE (nur ca. 10 μm Informationstiefe) für das Hauptelement Silizium gibt Auskunft uber chemische Veränderungen an der Glasoberfläche. Darüber hinaus erlauben die Linienverhältnisse Rückschlüsse auf den Aufbau des untersuchten Gegenstandes: Hat er einen Schichtaufbau? Wenn ja, gibt es eine oder mehrere Schichten? Bei Gegenständen, die aufgrund der Form ihre Dichte nur mit Schwierigkeiten bestimmen lassen, kann durch eine derartige Messung zwischen vergoldeten und massiven Objekten unterschieden werden.

Zur Einschätzung des Erhaltungszustandes eines Kunstobjektes kommt der materialanalytischen Vorsorgeuntersuchung eine immer größere Rolle zu. Am Beispiel von historischem Glas gestattet die Ionenstrahlanalyse nicht nur, den Korrosionszustand der oberflächennahen Bereiche zu charakterisieren. Vielmehr kann bei wenig veränderten musealen Glasobjekten auch die chemische Zusammensetzung des tieferliegenden Glasvolumens zerstörungsfrei bestimmt werden. Hieraus lassen sich vorsorglich Hinweise über die Gefahr fortschreitender Korrosion ableiten. Durch spezielle Aufbewahrungsbedingungen im Museum können fortschreitende Veränderungen dann gering gehalten werden.

Quelle: Erforschung kondensierter Materie mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen an Großforschungsanlagen in Deutschland - Status und Perspektiven

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