X射線探傷技術在金屬文物保護修復中的應用

胡瑞 束夢盼 龔固

射線探傷是利用射線穿透物質的程度不同，在穿透過程中具有一定的衰減規律，并能使用照相膠片發生感光作用或使某些化學元素和化合物發生熒光，來發現被檢物體內部缺陷的一種探傷方法。因其具有無損檢測的特性，能在不破壞文物效果的基礎上對文物保存狀況、修復前痕跡、相關歷史信息、器物制作工藝特點等進行一一分析，因此在文物保護與研究工作中應用廣泛。

應用

X射線探傷技術在文物領域的應用始于20世紀20年代對紙質文物藝術品的檢測。20世紀50年代時，美國的博物館開始使用該技術檢測銅器，并獲得了較好的檢測成果。截至目前，X射線探傷實現了5個方面的應用。

石膏包分析

X射線探傷技術能準確探測出石膏包體內部金屬物質的位置以及金屬物質的保存情況，還能圈定骨器所在位置，判斷骨器的材質與類型。石膏包體的X射線探傷必須具備可行條件（石膏包內物質的保存情況），否則探測效果會受到影響，可能會出現穿透率降低、無法探測的問題。另外，石膏包體內骨器的保存環境比較惡劣，骨器長期儲存在腐蝕環境中，其狀態只有在60kV的電壓條件下才能顯現出來，不然無法進行射線探測 。

青銅器分析

X射線探傷應用于青銅器分析時可以在無損傷條件下成功探測出青銅器的內部結構、腐蝕情況、加固修復痕跡，獲取芯撐、范縫、補鑄等重要信息，以及直接拍攝出銅鏡被覆蓋的銘文、紋飾，探查青銅器制作工藝。

探測青銅器的X射線必須采用較高的管電壓，以確保穿透青銅器內部的銅、鉛、錫，射線拍攝距離控制在60厘米，所選擇的管電壓也要根據青銅器厚度的變化調整。

陶瓷鑒定

X射線探傷技術能夠清楚有效地鑒定接底陶瓷器，從而避免肉眼觀察、熱釋光測年、X射線熒光檢測等對器底部位形成判斷假象，但現階段這一技術仍存在缺陷，如X光會改變陶瓷器的熱釋光特性，且X光片只能反映平面的二維影像。

大型陶俑分析

由于陶俑質地較薄極易被X射線穿透，操作時要盡可能使用較低的管電壓和電流進行測試，對大型陶俑一般選擇60—100kV的管電壓，管電流為3mA。體型較大的陶俑需要進行多次拍攝和拼接才能得到理想的結果，拍攝時要注意光線、位置、電壓、電流等變量保持一致，便于后續的拼接。

脆弱質文物軟X射線分析

脆弱質文物較金屬、陶俑等文物更易被穿透，拍攝時常采用能量較低的射線進行照射。通過調節管電壓，采用不同管電壓下的K-60軟X射線（波長大于0.01nm）對不同材質的脆弱質文物進行分析：竹木簡拍攝時管電壓一般為10 —25kV，電流為2mA或者2.5mA；漆器拍攝時為發現其輪廓和腐蝕狀態，管電壓使用20 —60kV，電流為2mA 或者2.5mA；陶瓷器一般選擇35—80kV的管電壓。

探傷實例

漢環首銅書刀

漢代文字主要書寫在竹簡、木簡上，寫錯的地方就要刮掉修改，削書刀就是用來刮削木簡、竹簡的。安徽固鎮縣博物館藏漢環首銅書刀通長22厘米，刃長20.5厘米，寬0.9厘米，厚0.648厘米，修復前一斷兩半，保存在無恒溫恒濕設備的文物庫房中。

從探傷照片中可以看到，因刀背部分銅質較好，厚度和密度也較高，設定的X射線參數沒有照透這部分，所以在探傷照片中呈高亮白色；刀刃區域雖然銅質也較好，但由于厚度較薄、密度較低，在探傷照片中呈現較暗。觀察照片還可以發現，書刀尾部三分之一處有一條裂縫，可以看到明顯的修補痕跡。首部有多處小黑洞，這可能是銅書刀在鑄造過程中銅質內部小氣泡沒能完全排出所致，也可能是鑄造過程中摻入的炭渣等雜質導致此處銅質缺失。環部有微小缺損，推測是鑄造或者使用過程中產生的瑕疵缺損，這種微小的瑕疵在肉眼和一般的照片下是看不到的，在X射線的照射下就顯露了出來。

明豎耳銜環青銅爐

固鎮縣博物館藏明豎耳銜環青銅爐口徑8.6厘米，通高7.5厘米，三足，兩側豎耳銜環，圓形口沿。爐身通體銹蝕，底部受外力擠壓變形并產生裂縫。

從X射線探傷照片中可以清晰看到青銅爐的三足和兩耳。修復補配使用的是銅皮和3A膠，由于銅皮較薄、3A膠密度較低，易被X射線“打穿”，所以修復后的探傷照片顯示不出。受外力擠壓變形產生的機械性裂隙在底部清晰呈現，大面積較暗的區域即因擠壓變形導致銅原子排列紊亂，導致其密度較原有銅體變小，故顯現陰暗帶有裂隙。照片中還可以看到裂隙黑暗處有兩塊亮處，此處為焊錫處。

漢規矩紋鏡

固鎮縣博物館藏漢規矩紋鏡直徑10.7厘米，厚0.482厘米，銅鏡破碎為若干片，拼接后仍有缺損。銅鏡表面有硬結物，銹蝕嚴重，修復前保存在無恒溫恒濕設備的文物庫房中。

X射線探傷照片中可以看到銅鏡殘存的紋飾，銅鏡邊緣部位銅質較厚、亮度很高。這面銅鏡碎裂嚴重，大面積殘缺并有多處裂隙，150kV的電壓“打穿”了銅皮補配和3A膠所在的部位，修復后的探傷照片中顯示不出。裂隙周圍的銅質因銹蝕程度高，銅質疏松，密度較原有銅體變小，所以照片中顯示較暗。

漢銘文鏡

固鎮縣博物館藏漢銘文鏡直徑18.9厘米，厚0.7厘米，整體保存完整，邊緣處碎成數片，拼接起有缺失。銅鏡表面有硬結物，多處銹蝕嚴重。修復前也是保存在無恒溫恒濕設備的文物庫房中。

經過X射線的照射，可以清晰看到銅鏡上面的銘文和紋飾，紋飾凸起部分較亮，中間部位稍暗，較邊緣更薄。這面銅鏡未經過銅皮補配，但是卻有小面積黑色區域，即之前提到的因銹蝕嚴重導致銅質流失嚴重，銅體密度變小，被X射線“打穿”，呈現出黑色。修復的焊接接縫部位特別清晰，除接縫外，銅體比較完整，銅質也較好。

發展前景

X射線無損探傷技術讓文物保護工作更加科學化、系統化，使文物保護修復有據可依，有理可循。未來隨著科技的進步，X射線探傷技術會更廣泛地應用于文物領域，并且有望探討研究出一套結合其他檢測分析手段進行文物鑒定的科學流程。對于文物修復而言，核心是恢復器物原貌，有效的檢測可以在器物補配方面提供幫助。X射線無損探傷技術在金屬文物保護修復方案的檢測分析中可以測定文物的內部結構、腐蝕、修復痕跡等狀況，為整體方案的制訂和單個文物保護修復技術提供選擇性的參考依據。

（作者胡瑞為安徽固鎮縣博物館館長；束夢盼、龔固為南京大學文化與自然遺產研究所文物修復部工作人員）