Accélérateur Grand Louvre pentru a analiza elementul

Coordonate : 48 ° 51'39.77 "N 2 ° 19'53.59" E / 48.861048 ° N 48.861048 ° E 2.331553; 2.331553

Vedere asupra AGLAE

Accélérateur Grand Louvre d'analyse élémentaire (AGLAE) este un accelerator de particule dedicat în mod expres și integral analizei chimico- fizice a probelor de interes cultural , artistic și muzeal , pentru examinarea materialelor constitutive.

Înființată în decembrie 1987 ^[1] , la subsolul Luvrului și inaugurată în 1989 , AGLAE este destinată studiului și analizei nedistructive a operelor de artă sau a descoperirilor arheologice și pentru dezvoltarea liniilor de cercetare în sectorul patrimoniului cultural , singurul accelerator de particule dedicat în întregime cercetării în acest domeniu ^[2] .

Particula fascicule produs de aparat constau ioni ușoare ( hidrogen , heliu și lor stabile izotopi ) , care excită atomii tinta carora le sunt adresate și induc emisiile secundare ( fotonilor produși de interacțiunile sau ionii extrase din țintă) care sunt supuse la analiza din alte linii dedicate acestei sarcini.

Echipamentul este un accelerator electrostatic tandem ^[3] de tip Pelletron , construit de compania americană National Electrostatics Corporation (NEC), care formează nucleul unui lanț de cercetare privind analizele neinvazive ale C2RMF ( Centre de recherche et de restauration des musées de France ) ^[4] . Caracteristicile sale au fost adaptate la nevoile specializate specifice cărora li se adresează.

Linii de analiză și caracteristici

O constatare supusă analizei în aer liber cu AGLAE

Tehnici IBA

AGLAE folosește tehnici de analiză a fasciculului de ioni (IBA, Ion beam analysis ), care se pretează în special analizei chimice cantitative și calitative a materialelor care constituie opere de artă, obiecte, cerneluri , deoarece oferă diverse caracteristici utile ^[2] :

• nedistructivitate pentru majoritatea materialelor (pot exista unele probleme cu sensibilitatea la căldură și radiații a unor materiale precum hârtia și pergamentul ^[2] ; toleranța la căldură, totuși, poate fi mai bună în analizele atmosferei libere decât în ​​vid, datorită dispersiei mai bune de căldură în aer liber ^[2] );
• bună precizie în analiza cantitativă, de obicei mai bună de 5%;
• capacitatea de a analiza multe elemente chimice, inclusiv cele ușoare;
• sensibilitate ridicată (cel puțin pentru PIXE ), care permite reducerea drastică a dozei iradiate și riscul de a provoca deteriorarea obiectului examinat;
• complementaritatea diferitelor tehnici și ușurința implementării simultane;
• posibilitatea de a obține o mapare spațială a elementelor, cu informații și despre suprapunerea în profunzime (în limitele adâncimii maxime accesibile, vezi Limitările tehnicilor IBA ). Rezoluțiile spațiale realizabile sunt foarte mari, de ordinul unui micrometru.

Limitări ale tehnicilor IBA

Cu toate acestea, tehnicile de analiză a fasciculului de ioni întâmpină mai multe limitări:

• rezultatele care pot fi obținute sunt limitate la straturile externe, cu o adâncime maximă accesibilă egală cu câteva zeci de micrometri ^[2] : prin urmare, nu este posibil să se obțină compoziția internă a materialului atunci când acesta din urmă diferă de cel de suprafață: acest lucru se poate întâmpla și în materiale cu compoziție omogenă, dacă suprafața obiectului a suferit procese de alterare, cum ar fi, de exemplu, coroziune , oxidare etc. sau ca reacții tipice de hidratare pe care le suferă suprafața sticlei (așa-numita coroziune a sticlei , datorită solubilității în apă datorită contactului prelungit cu un mediu umed, ca și în descoperirile arheologice, de asemenea în raport cu defectele formulării utilizate de către topitor) ^[2] ;
• informațiile obținute cu privire la elementele chimice sunt doar calitative și cantitative: nicio informație nu se referă la starea chimică în care se găsesc aceste elemente;
• dificultate în analiza materialelor izolante . În astfel de materiale, acumularea excesivă de sarcini electrice de suprafață poate necesita aplicarea unui strat conductiv . Situația se îmbunătățește odată cu analiza în aer liber (aceasta din urmă, în plus, o particularitate a AGLAE), în care contactul cu atmosfera facilitează descărcarea excesului de sarcini acumulate ^[2] )

Linii de analiză

Există diferite linii de analiză instalate pe lanțul de aprovizionare:

• o sondă PIXE ( emisie de raze X indusă de particule ), cu care se analizează spectrometria fluorescenței cu raze X ;
• Spectroscopie Rutherford backscatter (RBS);
• analiza reacțiilor nucleare ( NRA , Nuclear reaction analysis ), a cărei variantă se numește PIGE (emisie gamma indusă de particulele încărcate), adesea în asociere cu PIXE ^[2] ;
• un al patrulea a fost adăugat la primele trei linii, ERDA , acronim pentru Elastic Recoil Detection Analysis , o tehnică de analiză derivată din RBS, care permite analiza reculului elastic al atomilor de hidrogen, indus de impactul celor mai grei ioni de heliu -4 conținuți în fasciculele incidente: analiza returnează distribuția spațială, la diferite adâncimi, a atomilor de hidrogen într-un strat subțire ^[2] .

Caracteristicile AGLAE

Ionii sunt accelerați de diferențe de potențial de până la 2 milioane de volți, care generează un câmp electrostatic capabil să conducă protoni la niveluri de energie de 4 MeV și ioni de heliu până la 6 MeV ^[3] .

Surse de ioni

Acceleratorul este alimentat de două surse de ioni distincte:

• Duoplasmatron , pentru generarea de protoni (nuclei de hidrogen) și ioni deuteriu ^{[2] [3]} .
• Alphatross , o sursă α pentru producerea ionilor de heliu (He) și a izotopilor săi stabili ( ³ He și ⁴ He ) ^{[2] [3]} .

Grinzi de ioni

Sunt disponibile trei linii de pachete:

• o linie clasică, cu traiectorii care se dezvoltă în întregime în vidul ridicat al acceleratorului, care necesită plasarea probelor pentru a fi analizate în camera de vid ^{[2] [3]} . Utilizarea acestei linii impune limitări severe asupra tipului și mărimii descoperirilor care pot fi analizate: pe de altă parte, utilizarea sa este obligatorie în toate cazurile în care metoda utilizată nu permite expunerea probelor la aer ^{[3] ]} .
• O a doua linie de analiză inovatoare, de natură experimentală și unică de acest gen, prevede că micro-fasciculele de ioni produse de mașină, în loc să se deplaseze în întregime în vidul acceleratorului, pot traversa o distanță externă scurtă (3 mm) în atmosfera comună sau în atmosferă de heliu ^[2] ), imediat înainte de a lovi obiectul de studiat. Pentru a atinge ținta plasată în exterior, micro-grinzile ies din ferestre special optimizate, realizate în trei tipuri diferite ^[3] . Pentru a face acest lucru, linia a fost echipată cu un sistem de focalizare care reduce lățimea fasciculului la 10 micrometri , îmbunătățind drastic rezoluția spațială , astfel încât să îi permită să treacă sub condiții de presiune atmosferică ^[2] și nu sub vid.: În acest mod , limitările impuse de camera de vid sunt depășite și este posibil să se studieze obiecte de orice dimensiune, fără a fi nevoie să prelevăm probe, ci pur și simplu aducând piesa de analizat mai aproape de fereastra de ieșire a fasciculului ^[2] .
• O a treia linie este dedicată dezvoltării de noi tehnici, precum PIXE - XRF , alpha-PIXE etc. ^[3] Fasciculele utilizate sunt de intensitate mare, dar focalizare redusă ^[3] .

Ieșiți din ferestre în atmosfera externă

Pentru a efectua analizele într-o atmosferă externă (obișnuită sau modificată ), sunt disponibile ferestre de ieșire specifice, special adaptate și optimizate în acest scop: de fapt, acestea nu trebuie doar să reziste la gradientul de presiune dintre interior (vid) și exteriorul (la presiunea atmosferică) și la tensiunile induse pe mediu de fasciculul în tranzit, dar, în același timp, trebuie să reducă pierderile de putere ale fasciculului de ioni care trec prin fereastră și să atenueze micile fluctuații ale unui natură statistică (așa-numitul straggling ) în energie gama de particule ionizate ^[2] . Aceste fluctuații se datorează variațiilor statistice, mai mult sau mai puțin, ale numărului de coliziuni suferite de particulele care trec prin mediu , stratul de material din care este confecționată fereastra ^[2] .

Ferestrele disponibile sunt de trei tipuri diferite, cu suporturi diferite și grosimi diferite, în funcție de aplicație și secțiunea fasciculului ^[2] :

• aluminiu cu grosimea de 0,75 µm: pentru utilizarea macro-grinzilor și tehnica PIXE ;
• 2 µm de zirconiu : pentru macro-grinzi și tehnici NRA cu deuteroni ;
• un strat ultra-subțire (0,1 µm) dintr-o nitrură de metal (în mod specific, nitrură de siliciu , în formula Si ₃ N ₄ ): dedicat micro-fasciculelor și potrivit pentru toate tehnicile.

Specificitate

AGLAE este singurul accelerator de particule dedicat în întregime cercetării în domeniul patrimoniului cultural și disponibil complet unui muzeu ^[2] . Este cel mai eficient sistem pentru analiza compoziției chimice a obiectelor, cu disponibilitatea rezultatelor în câteva minute și, mai presus de toate, fără a elimina neapărat fragmente din opera de artă sau din artefactul de analizat. AGLAE prezintă, de asemenea, o caracteristică care nu este frecventă în astfel de echipamente, o protecție remarcabilă împotriva neutronilor , care permite producerea fasciculelor de deuteron adecvate în special pentru analiza elementelor ușoare prin tehnici de analiză a reacției nucleare (NRA) ^[2] .

Mașina a fost adaptată la limitările impuse de operele de artă. Un exemplu este linia menționată mai sus de grinzi focalizate în mod special, care se termină în aer liber, astfel încât să îndrepte direct spre țintă, depășind limitările impuse de dimensiunea și caracteristicile acesteia din urmă și fără a necesita eliminarea probelor din descoperire. laborator.

Laboratorul beneficiază, de asemenea, de amplasarea sa, în subsolul Luvrului, ceea ce reduce dificultățile logistice și costurile asociate transportului sigur al lucrărilor și al artefactelor delicate, de o valoare culturală foarte ridicată și adesea unice.

Exemple de aplicații

Antichități egiptene

Un exemplu de analiză este cel efectuat pe așa-numitul cap egiptean în sticlă albastră, descoperit la începutul secolului al XX-lea , considerat Mona Lisa al departamentului de antichități egiptene al Luvrului, al cărui fusese unul dintre flagship-urile din 1926 ^[5] . A fost adesea menționat ca un portret al lui Tutankhamon , dar autenticitatea sa fusese suspectată de mult de experți ^[5] .

Studiul realizat cu AGLAE pe sticlă albastră a arătat prezența plumbului și a arsenicului , componente tipice ale sticlei fabricate începând cu secolul al XVIII-lea , necunoscute tehnicii egiptene de fabricare a sticlei. Descoperirea a fost astfel definitiv trimisă grupului de falsificări moderne, a căror origine nu este ușor de explicat, dar legată de egiptomania predominantă în anii douăzeci ^[5] .

Kosoni

Exemplare de monede de aur cu legenda „ ΚΟΣΩΝ ” ( Koson )

Același subiect în detaliu: Koson .

Împreună cu alte instrumente, AGLAE a fost folosit, de exemplu, pentru analiza cu tehnici neinvazive a compoziției chimice a aliajului metalurgic al kosonilor , o misterioasă tipologie monetară a zonei geto - dace , inventată în secolul I î.Hr. , și atribuibil unui conducător local semi-necunoscut, al cărui nume (probabil Koson ) este preluat din legendă în caractere grecești .

Aceste experimente au folosit folii de protoni cu energie egală cu 3 MeV emise de AGLAE ^[6] ,

Colaborări internaționale

Utilizarea AGLAE a depășit frontierele naționale și este deschisă colaborărilor internaționale: însăși Uniunea Europeană a fost de acord să finanțeze accesul la nivel transnațional, cercetătorii europeni venind la Paris o dată pe lună pentru a-și analiza lucrările.

Cererea de utilizare poate proveni și de la alte subiecte, cum ar fi arheologii și chiar de la instanțe, care pot contacta AGLAE pentru a stabili autenticitatea documentelor.

Dezvoltări viitoare: noul proiect Aglae

În 2011, a fost planificat un proiect de actualizare și îmbunătățire a performanței, New Aglae , care poate avea o dotare financiară de 1.700.000 euro, din care 250.000 puse la dispoziție de municipalitatea Paris ^[7] .

Proiectul implică îmbunătățirea stabilității grinzilor de particule și funcționarea automată a sistemului, ceea ce îi va permite să funcționeze în modul imagistic , mai degrabă decât cu analiza punctelor ^[7] .

Notă

Bibliografie

• http://www.c2rmf.fr/pages/page_id18338_u1l2.htm Arhivat la 11 septembrie 2011 la Internet Archive .
• http://www.culture.gouv.fr/culture/conservation/fr/methodes/aglae.htm
• Jean-Pierre Mohen, « AGLAE (Accélérateur Grand Louvre d'analyse élémentaire) » din Encyclopædia Universalis .
• ( EN ) Jean-Claude Dran, Accelerators in Art Arhivat 17 noiembrie 2010 la Internet Archive . , "Centre de recherche et de restauration des musées de France", C2RMF CNRS -Unité mixte de recherche 171, The CERN Accelerator School

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Accélérateur Grand Louvre d'analyse élémentaire

Portalul de arheologie	Portalul de fizică
Portal Franța	Portalul muzeelor