Di sản văn hóa, bao gồm các tác phẩm nghệ thuật và hiện vật khảo cổ, có thể được phân tích và bảo vệ với sự trợ giúp của các kỹ thuật hạt nhân

Nhiều tổ chức văn hóa đang ngày càng đẩy mạnh áp dụng các kỹ thuật hạt nhân và kỹ thuật liên quan để phân tích và bảo vệ các đồ vật, tác phẩm nghệ thuật lịch sử vô giá. Kỹ thuật hạt nhân có thể giúp nhìn thấy những bức vẽ ẩn bên dưới bề mặt của các bức tranh và phát hiện được những đồ giả mạo tinh vi nhất mà không gây ra bất kỳ thiệt hại nào cho đối tượng được nghiên cứu. Các kỹ thuật như chiếu xạ cũng giúp bảo tồn tốt hơn các đối tượng văn hóa bằng cách diệt trừ các loài vi sinh vật gây hại như vi khuẩn hoặc nấm mốc bám trên tác phẩm.

1. Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu di sản văn hóa

Đặc tính hóa (Characterisation) là quá trình cho phép các chuyên gia kiểm tra các đặc tính của các đồ vật khảo cổ và nghệ thuật với độ chính xác cao, xác định tuổi, thành phần hóa học và nguồn gốc của chúng. Đặc tính hóa không phải là một phương pháp cố định mà là sự kết hợp ứng dụng vô số các kỹ thuật hạt nhân sử dụng nhiều loại thiết bị và bức xạ ion hóa khác nhau bao gồm tia X, tia gamma, nơtron và chùm ion.

Quá trình đặc tính hóa cung cấp cho các nhà nghiên cứu những hiểu biết sâu sắc về thời gian, địa điểm và cách thức một vật phẩm được tạo ra. Nó đồng thời cung cấp những thông tin vô giá về cách bảo tồn hiệu quả các đồ tạo tác khảo cổ độc đáo. Nó cũng cho phép các chuyên gia xác định xem một đối tượng nghệ thuật là thật hay giả và xác định xem nó có phải là đối tượng buôn bán nghệ thuật bất hợp pháp hay không. Quá trình này cũng có thể giúp tiết lộ các cấu trúc bên trong, bao gồm các vết nứt trên bề mặt hoặc bên trong kết cấu của một đồ tạo tác khi những vết nứt này không nhìn thấy được bằng mắt thường.

Sử dụng tia X trong phân tích các thành phần nguyên tố, mở khóa những bí mật trong kỹ thuật vẽ tranh

Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X đã giúp các chuyên gia hiểu rõ hơn về kỹ thuật vẽ tranh của Leonardo da Vinci

Một phương pháp được sử dụng để phân tích thành phần nguyên tố của các bức tranh, bản thảo, tiền xu và đồ gốm là phân tích huỳnh quang tia X (XRF). Các chuyên gia  chiếu tia X vào các mẫu vật để giải phóng bức xạ từ các nguyên tố hóa học trong mẫu. Bức xạ này là duy nhất đối với mỗi nguyên tố, cho phép thiết lập chính xác bố cục của vật phẩm nghệ thuật.

Năm 2010, các nhà khoa học ở Pháp đã sử dụng phương pháp XRF để nghiên cứu bức tranh Mona Lisa, một kiệt tác từ thế kỷ 16 của danh họa người Ý Leonardo da Vinci. Các nhà nghiên cứu đã phân tích thành phần và độ dày của các lớp sơn và men khác nhau, đồng thời có thể hiểu rõ hơn về kỹ thuật 'sfumato' của da Vinci, một loại bóng mờ tạo ra sự chuyển tiếp mềm mại giữa các màu sắc và làm cho tác phẩm nghệ thuật trông sống động như thật.

Các phương pháp khác được sử dụng để kiểm tra thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu bao gồm nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích kích hoạt nơtron (NAA) và các phương pháp ứng dụng chùm ion, chẳng hạn như phát xạ tia X do proton (PIXE), proton phát xạ tia gamma cảm ứng (PIGE) hoặc khối phổ máy gia tốc (AMS). Những tác phẩm nghệ thuật có thành phần nguyên tố được phân tích bằng kỹ thuật hạt nhân bao gồm: bức tượng vàng Saliera 500 năm tuổi của nhà điêu khắc Benvenuto Cellini, bị đánh cắp và sau đó được tìm thấy từ rừng Vienna ở Áo; một bức chân dung Thánh George có niên đại hàng thế kỷ ở Albania; một số đồ tạo tác bằng vàng và đá quý có niên đại giữa thế kỷ 14 và 18 từ Vương quốc Ayutthaya (từng tồn tại trên lãnh thổ thuộc Thái Lan ngày nay).

Ứng dụng kỹ thuật đồng vị trong xác định tuổi của tác phẩm nghệ thuật

Ứng dụng kỹ thuật đồng vị để kiểm tra tác phẩm nghệ thuật là thật hay giả

Phương pháp xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ có thể giúp các nhà khoa học tìm ra tuổi của vật liệu hữu cơ, bao gồm các đồ vật làm từ gỗ, bông, giấy, da, len, lụa hoặc xương. Dựa trên việc hấp thụ cacbon của tất cả các sinh vật sống (gồm cả động vật và thực vật), khi sinh vật chết đi, cacbon-14 (một đồng vị không ổn định của cacbon) bắt đầu phân hủy với tốc độ đã biết. Sử dụng phép đo khối phổ máy gia tốc (AMS), các chuyên gia đo tỷ lệ cacbon-14 trong một tác phẩm nghệ thuật làm bằng vật liệu hữu cơ để xác định thời gian đã trôi qua kể từ khi nó được tạo ra. Kỹ thuật này có thể giúp xác định tuổi của các đối tượng di sản lên tới 50.000 năm tuổi.

Năm 2019, nhờ áp dụng phương pháp xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ, các chuyên gia ở Pháp đã chứng minh rằng hai bức tranh nổi tiếng - một bức theo trường phái Ấn tượng và một bức họa theo phong cách Pointillist - là đồ giả mạo. Họ phát hiện ra rằng các bức tranh được cho là được tạo ra vào khoảng đầu thế kỷ 20 thực chất đã được sản xuất sau những năm 1950.

Phương pháp xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ cũng được áp dụng để xác định tuổi của bức tượng Sói Capitoline bằng đồng ở Ý; một bức tượng Apoxyomenos bằng đồng được tìm thấy ở vùng biển Adriatic ngoài khơi bờ biển Croatia; và một hệ thống nuôi trồng thủy sản cổ xưa ở quốc gia của người Gunditjmara ở Úc.

Sử dụng tia bức xạ để nhìn sâu vào bên trong các tác phẩm nghệ thuật

Một phần của bức vẽ có thể được nhìn thấy bên dưới bức tranh The “Old Guitarist” của Picasso. Sử dụng tia X, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy hai bản vẽ trước đó ẩn bên dưới lớp sơn

Để phân tích cấu trúc bên trong nhưng vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của các đối tượng di sản văn hóa, các nhà khoa học sử dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ công nghiệp, trong đó sử dụng tia X, tia gamma hoặc nơtron đi qua một vật thể để nhìn thấy phần bên trong của nó. Giống như phương pháp chụp X-quang trong y tế, bức xạ khi đi qua vật thể sẽ tạo ra hình ảnh về những gì bị che khuất ở bên trong vật thể, kể cả là các khuyết tật hoặc vết nứt bên trong.

Việc chiếu tia bức xạ qua các bức tranh thường giúp xác định các bức vẽ nằm bên dưới. Phân tích tia X bức tranh 'The Old Guitarist' - một trong những tác phẩm nổi tiếng nhất của danh họa Picasso - cho thấy rằng ông đã tái sử dụng một bức tranh sơn dầu cũ. Bên dưới lớp sơn là hai bố cục mà Picasso đã thực hiện trước đó: một người phụ nữ lớn tuổi cúi đầu về phía trước và một người mẹ trẻ với đứa con đang quỳ bên cạnh. Một ví dụ khác gần đây là phân tích bức tranh “Head of a Peasant Woman” của Vincent van Gogh ở Anh, trong đó tiết lộ bức chân dung tự họa ẩn giấu của họa sĩ.

2. Chiếu xạ khử trùng giúp loại bỏ các sinh vật gây hại khỏi các di sản văn hóa

Việc bảo tồn lâu dài các đồ tạo tác lịch sử độc đáo và không thể thay thế có thể gặp nhiều thách thức vì điều kiện bảo quản không phù hợp dẫn đến việc vi khuẩn, côn trùng và động vật hoặc nấm mốc phát triển trên bề mặt hoặc bên trong đồ tạo tác, khiến chúng bị hư hỏng hoặc thậm chí bị phá hủy hoàn toàn.

Trên thực tế, các chuyên gia bảo tồn hiện nay phần lớn vẫn sử dụng các phương pháp hóa học và vật lý để khử trùng các vật phẩm văn hóa và lịch sử. Các phương pháp này liên quan đến việc sử dụng các chất độc hại hoặc xử lý nhiệt nên có thể gây hại cho đồ vật, người phục chế hoặc môi trường. Bên cạnh chi phí cao, cả hai phương pháp xử lý này đều không thể bảo đảm tiêu diệt hoàn toàn côn trùng gây hại nếu quá trình xử lý không đến được khu vực côn trùng hoặc sâu trú ngụ.

Bức xạ ion hóa có thể là một giải pháp cho vấn đề này vì khả năng tiêu diệt các loài gây hại như vậy. Các kỹ thuật chiếu xạ có một số ưu điểm so với các phương pháp truyền thống như: chúng có thể được sử dụng ở nhiệt độ phòng mà không cần tiếp xúc vật lý với vật thể hoặc cần thêm bất kỳ hóa chất nào; chúng không để lại dấu vết hoặc gây ra bất kỳ hư hỏng nào cho vật liệu được xử lý. Khi vật chất tiếp xúc với bức xạ, nó sẽ nhận được năng lượng làm thay đổi cấu trúc của nó ở cấp độ phân tử. Các vật liệu khác nhau bị ảnh hưởng khác nhau tùy thuộc vào thành phần hóa học, loại liên kết hóa học có trong vật liệu, thời gian tiếp xúc và cường độ. Một phương pháp xử lý được thực hiện đúng cách với liều lượng bức xạ thích hợp sẽ có khả năng loại trừ các chất gây ô nhiễm, nấm mốc và sâu bệnh nhưng sẽ không gây hại cho các đồ tạo tác văn hóa. Những người phục hồi sử dụng liều bức xạ nhỏ, được giới hạn ở mức tối đa 10 kilogray nên không gây hư hại cho các đối tượng di sản văn hóa. Ngoài ra, các vật phẩm được chiếu xạ cũng không bị nhiễm xạ và không thể chiếu xạ những người xung quanh.

Để khử trùng đồ vật, các chuyên gia chiếu xạ chúng bằng các thiết bị đặc biệt, chẳng hạn như máy gia tốc chùm tia điện tử năng (EB), máy X-quang hoặc nguồn phóng xạ Coban-60 hoặc Cesi-137. Theo quy trình thông thường, đồ tạo tác sẽ được đưa đến phòng chiếu xạ. Ở đó, nó được tiếp xúc với bức xạ ion hóa để bảo đảm tiêu diệt toàn bộ các sinh vật gây hại. Sau khi quá trình chiếu xạ khử trùng hoàn tất, tác phẩm được kiểm tra khử trùng và khử nhiễm rồi được đưa trở lại nơi trưng bày.

Quy trình chiếu xạ khử trùng đối tượng di sản văn hóa bằng nguồn phóng xạ Co-60 tại một cơ sở chiếu xạ

Một ví dụ nổi tiếng về một đồ tạo tác lịch sử đã được xử lý theo cách này là xác ướp 3200 năm tuổi của Pharaoh Ai Cập Ramses II. Nó đã được khử trùng vào năm 1977 bằng chiếu xạ gamma để loại bỏ côn trùng và nấm tại một cơ sở chiếu xạ ở Pháp. Các ví dụ khác bao gồm sách từ Thư viện Cung điện Hòa bình ở Hà Lan, cuộn phim từ Kho lưu trữ phim quốc gia Rumani, một con voi ma mút con được tìm thấy trong lớp băng vĩnh cửu ở Siberi và các biểu tượng bằng gỗ trong Nhà thờ Holy Voivode of Michael và Gabriel ở Rumani.

3. Chiếu xạ giúp củng cố, khôi phục các vật liệu suy yếu trong các vật thể di sản văn hóa

Chiếu xạ có thể được sử dụng để thiết lập lại các liên kết hóa học của các vật thể bị hư hỏng, do đó giúp củng cố và làm rắn chắc các đồ tạo tác. Phương pháp này được thực hiện theo quy trình ngâm đồ vật hoặc vật liệu bằng nhựa lỏng, sau đó cho nó tiếp xúc với bức xạ để làm cứng và tăng cường độ cứng.

Với phương pháp hợp nhất, bề ngoài của vật thể hầu như không thay đổi, nhưng vật liệu và các đặc tính vật lý và hóa học của nó được biến đổi làm cho chúng trở nên cứng hơn và đặc hơn.

Vào năm 2011, phương pháp này đã được áp dụng để bảo tồn một con tàu gỗ La Mã có niên đại từ thế kỷ thứ nhất được tìm thấy ở sông Rhône ở Arles, Pháp. Khi được phát hiện, con tàu ở tình trạng khô và gỗ bắt đầu bị vỡ vụn. Để cứu di tích cổ xưa, các chuyên gia từ ARC-Nucléart đã sử dụng kỹ thuật hợp nhất: họ tẩm gỗ của con tàu bằng một loại nhựa và cho nó tiếp xúc với bức xạ ion hóa để làm cứng gỗ, qua đó giữ nguyên hình dạng cho con tàu.

Con tàu La Mã cổ đại Arles-Rhône 3 được bảo tồn bằng phương pháp chiếu xạ, hiện đang được lưu trữ tại Bảo tàng cổ đại, thành phố Arles, Cộng hòa Pháp

Vai trò của Cơ quan năng lượng nguyên tử (IAEA) trong việc thúc đẩy ứng dụng công nghệ hạt nhân phục vụ nghiên cứu và bảo tồn di sản văn hóa

Chương trình hợp tác kỹ thuật của IAEA hỗ trợ cho các quốc gia nâng cao năng lực ứng dụng các kỹ thuật hạt nhân để nghiên cứu và bảo tồn di sản văn hóa thông qua các khóa đào tạo, các cuộc họp kỹ thuật, tham quan khoa học và học bổng. IAEA giúp các chuyên gia trên toàn thế giới các thiết bị và phương tiện cần thiết để tiến hành nghiên cứu và thực hiện các biện pháp can thiệp hạt nhân. IAEA cũng hỗ trợ các nhà nghiên cứu và nhà bảo tồn bằng cách đưa ra các phương pháp hài hòa và quy trình chuẩn hóa.

IAEA tổ chức các hội thảo, hội nghị và sự kiện đặc biệt về ứng dụng khoa học và công nghệ hạt nhân để nghiên cứu và bảo tồn di sản văn hóa, tạo điều kiện chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm giữa các chuyên gia quốc tế.

IAEA khuyến khích xuất bản các tài liệu học thuật, nghiên cứu và thông tin đại chúng về bảo tồn di sản văn hóa: Ấn phẩm Kỹ thuật hạt nhân cho nghiên cứu di sản văn hóa (năm 2011) cung cấp một mô tả toàn diện về hạt nhân và các kỹ thuật liên quan để phân tích, phục hồi và bảo tồn các đồ tạo tác lịch sử và tác phẩm nghệ thuật; Ấn phẩm Sử dụng bức xạ ion hóa để bảo tồn di sản văn hóa hữu hình (năm 2017) cung cấp thông tin về khử trùng và củng cố bức xạ, đồng thời giới thiệu các trường hợp đồ vật được xử lý bằng chiếu xạ ở một số quốc gia, bao gồm Brazil, Croatia, Pháp, Romania và Tunisia.

IAEA chỉ định các Trung tâm Hợp tác trong lĩnh vực di sản văn hóa. Hiện tại có bốn trung tâm như vậy trên toàn thế giới, bao gồm Đại học Paris-Saclay và ARC-Nucléart ở Pháp, Trung tâm Nghiên cứu và Công nghệ Bức xạ Quốc gia ở Ai Cập và Tổ chức Khoa học và Công nghệ Hạt nhân Úc (ANSTO) ở Úc.

IAEA cung cấp nhiều khóa đào tạo và cơ hội học tập trực tuyến về ứng dụng kỹ thuật hạt nhân, chẳng hạn như xác định niên đại bằng carbon phóng xạ đối với các di sản văn hóa và khoa học truy dấu, kỹ thuật quang phổ tia X để mô tả đặc điểm của các vật thể khảo cổ và nghệ thuật, chiếu xạ công nghiệp,…

(Tổng hợp từ: http://vaea.gov.vn/470/news-detail/1493737/nghien-cuu-phat-trien-ung-dung/ung-dung-khoa-hoc-va-cong-nghe-hat-nhan-trong-nghien-cuu-va-bao-ton-cac-di-san-van-hoa.html).

Nguyễn Phạm Thu Hiền