Métodos de análise nucleares aplicados a problemas de arte e arqueologia

A seguinte tese de mestrado está disponível na internet com acesso livre:

María Ángeles Ontalba Salamanca, Estudios Arqueométricos Mediante Técnicas Nucleares, Sevilla, Universidad de Sevilla, 2000.

Está aqui.

Introdução:

Las técnicas de análisis basadas en el uso de haces de iones obtenidos mediante aceleradores de partículas, conocidas como técnicas IBA (Ion Beam Analysis), se han mostrado idóneas para la caracterización de la superficie de los materiales debido a su carácter multielemental, no destructivo y su alta sensibilidad. De hecho, han sido aplicadas para el estudio de una gran variedad de materiales y han fomentado el trabajo interdisciplinario en muy diversos campos de la ciencia mostrando siempre una gran potencialidad. Así por ejemplo, ciencias de los materiales, biología, medicina, ciencias del medioambiente, arte y arqueología, son algunos de los campos de aplicación. El carácter no destructivo de las técnicas, cuando los análisis se llevan a cabo con las precauciones adecuadas, se revela especialmente interesante en el caso de elementos artísticos y arqueológicos, pues queda asegurada la integridad y el no deterioro de las piezas a estudiar. De hecho, las técnicas IBA han sido empleadas para el análisis de objetos de naturaleza muy variada: cerámicas, pinturas, tintas, papeles, materiales biológicos (pelo, hueso, madera,...), obsidianas, piedras preciosas, artefactos líticos, metales...

Pero, ¿qué puede aportar el conocimiento de la composición elemental en el estudio del pasado? Las aplicaciones pueden ser muy diversas: identificación de las tecnologías de fabricación de artefactos y del uso de herramientas encontradas en los yacimientos, conocimiento de las fuentes de materias primas para estudios de procedencia y relaciones comerciales en distintas regiones geográficas, reconocimiento de determinados aspectos de los seres vivos (como dietas, patologías,...), forma indirecta de datación, estudios de autenticidad o refutación de obras de arte, evaluación de estados de deterioro, obtención de información para una selección adecuada de los métodos de restauración y conservación,...

La aplicación de las técnicas IBA hace necesario el uso de aceleradores de partículas, capaces de imprimir una gran energía a iones que al interactuar sobre el material a estudiar provocan la emisión de señales de distinto tipo cuyo registro permite conocer la composición elemental y la distribución de los elementos en la muestra. Por ejemplo, la técnica PIXE (Particle Induced X-ray Emission) se basa en la detección de los rayos X procedentes de la desexcitación de los átomos tras ser ionizados por las partículas incidentes; los rayos X de cada átomo son característicos de cada elemento, de manera que se puede conocer la composición elemental de la muestra analizada. En el caso de RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry), la señal detectada consiste en las partículas que son retrodispersadas después de incidir sobre la muestra; la energía de esas partículas dependerá de su naturaleza, de su energía de incidencia y de la naturaleza del átomo con el que hayan interactuado. Por tanto, midiendo la distribución de energías de las partículas retrodispersadas es posible conocer la composición de la zona irradiada, así como la distribución en profundidad de los elementos. Para un entendimiento de los principios de las técnicas IBA resulta necesario conocer los mecanismos de interacción de los haces de partículas y la materia y a ello dedicamos el Capítulo 1 de este trabajo.

En este trabajo mostramos el análisis de diferentes materiales con una procedencia muy diversa. Fundamentalmente los materiales los hemos analizado utilizando la técnica PIXE en sus diferentes modalidades de macro y microhaz, tanto en cámaras de vacío como dispositivos para análisis en aire. La elección de una modalidad u otra de la técnica PIXE la realizamos en base a las características concretas de las muestras a estudiar o bien de las disponibilidades de los diferentes centros de investigación donde se ha trabajado. Por ello, mientras el Capítulo 2 lo dedicamos a la descripción de los fundamentos de la técnica PIXE y los dispositivos requeridos para su aplicación, en el Capítulo 3 nos centramos en sus diferentes modalidades y sus ventajas o inconvenientes. En este Capítulo 3, hemos introducido también la descripción de la línea de haz externo que diseñamos y construimos en el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México y que, a pesar de su simpleza, ha permitido la realización de muchos experimentos cuyos resultados, en parte, aquí presentamos. Asimismo, incluimos la puesta a punto, en el Centro Nacional de Aceleradores del Parque Tecnológico Cartuja’93 de Sevilla, de una línea comercial de microhaz externo algo más sofisticada y cuya potencialidad y versatilidad la han convertido en una línea de gran interés no sólo en su aplicación a la Arqueometría, sino también a otro tipo de estudios.

Pero a menudo, en función de la problemática concreta de cada experimento, hemos recurrido al uso de otras técnicas diferentes. Por ello, en el Capítulo 4, de una forma muy breve, describimos esas técnicas comparándolas con la técnica PIXE, haciendo especial énfasis en el carácter complementario de unas y otras.

En los Capítulos del 5 al 7, mostramos los análisis y resultados de una gran variedad de materiales arqueológicos y artísticos, tanto por su propia naturaleza física como por el contexto cultural del que proceden. En el Capítulo 5, presentamos los resultados de los análisis de material cerámico del Calcolítico, procedente del yacimiento de “La Pijotilla” (Badajoz) y de diferentes yacimientos del área de Plasenzuela (Cáceres), así como de un amplio conjunto de cerámicas de Teotihuacán (México). El Capítulo 6, lo dedicamos al estudio de pigmentos, principalmente a los motivos decorativos de las cerámicas teotihuacanas, pero también al análisis de pigmentos procedentes de algunos cuadros e imágenes procesionales de Sevilla. Y en el Capítulo 7, mostramos los resultados del estudio de diversas joyas de oro del Periodo Orientalizante en la Península Ibérica: por una parte incluimos el análisis de diferentes joyas encontradas en distintos puntos a lo largo del Valle del Guadalquivir, siendo el principal objetivo la identificación de los posibles procedimientos de soldadura que hayan podido ser empleados por nuestros antepasados para su elaboración; por otra, incluimos los análisis del tesoro de El Carambolo utilizando un tubo de rayos X, a fin de caracterizar su composición elemental.

En el Capítulo 8, resumimos las principales conclusiones que este trabajo nos ha permitido alcanzar.