【儀表網(wǎng) 產(chǎn)業(yè)報(bào)道】近日，高能所與故宮博物院合作，利用自主研發(fā)的曲面微區(qū)X射線熒光光譜儀(圖1)在文物表面元素分析領(lǐng)域取得的新突破，實(shí)現(xiàn)了對(duì)曲面文物的表面自適應(yīng)高精度熒光掃描成像。相關(guān)成果以“Applications of surface adaptive micro X-ray fluorescence scanner in cultural relics”為題，發(fā)表于《npj Heritage Science》期刊。
 

圖1 曲面微區(qū)X射線熒光光譜儀
 

　　微區(qū)X射線熒光成像技術(shù)是一種高空間分辨率的物體表面元素?zé)o損分析技術(shù)，能夠?qū)ξ矬w表面掃描得到物體表面元素的分布情況，在文物表面分析領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些應(yīng)用成果。然而，傳統(tǒng)的微區(qū)X射線熒光成像系統(tǒng)的掃描模式大多局限于二維平面掃描。由于微區(qū)X射線熒光光譜儀中，探測(cè)器探測(cè)到的X射線熒光強(qiáng)度對(duì)探測(cè)器到物體表面的工作距離及入射X射線的入射角度較為敏感，傳統(tǒng)的微區(qū)X射線熒光成像系統(tǒng)僅在掃描平面文物時(shí)，如平整的繪畫(huà)作品等，能夠獲得較好的掃描結(jié)果。對(duì)于更為常見(jiàn)的表面不規(guī)則文物，平面掃描模式無(wú)法滿足高精度大面積曲面掃描的需求，極大限制了微區(qū)X射線熒光成像技術(shù)在文物表面分析中的應(yīng)用范圍。
 

　　在此背景下，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種表面自適應(yīng)的微區(qū)X射線熒光光譜儀。該光譜儀集成了六軸機(jī)械臂與深度相機(jī)，具備對(duì)表面不規(guī)則文物進(jìn)行高精度大面積自適應(yīng)掃描的能力。其可實(shí)現(xiàn)三維輪廓捕獲與路徑規(guī)劃，確保掃描中X射線始終垂直入射且工作距離恒定，并實(shí)時(shí)生成文物表面三維元素分布圖。設(shè)備同時(shí)支持平面、曲面及360°環(huán)形掃描模式，適用于各類復(fù)雜形狀文物。其開(kāi)放式可移動(dòng)設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)微區(qū)X射線熒光光譜儀對(duì)物體尺寸和掃描環(huán)境的限制，便于考古現(xiàn)場(chǎng)的原位分析。該設(shè)備目前已針對(duì)各類表面不規(guī)則文物進(jìn)行了三維無(wú)損元素分析，在對(duì)故宮博物院的琺瑯筒進(jìn)行的曲面掃描實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)利用該設(shè)備進(jìn)行了高分辨率快速掃描，在不清除附著在琺瑯筒表面紙張的前提下，以150微米的精度還原了紙張下的琺瑯筒表面元素分布(圖2)。除金屬文物外，該研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)古建筑表面脫落的彩繪易碎且維持古建筑表面輪廓等特點(diǎn)，在不展平彩繪的情況下，對(duì)原始的彎曲彩繪進(jìn)行了大面積曲面掃描，展現(xiàn)了傳統(tǒng)微區(qū)X射線熒光光譜儀不具備的大面積曲面掃描能力。在山西陶寺考古現(xiàn)場(chǎng)，研究團(tuán)隊(duì)利用該設(shè)備對(duì)套箱內(nèi)的圭尺進(jìn)行了原位掃描，并根據(jù)得到的三維元素分布，清晰的還原了圭尺表面彩繪圖案。
 

圖2 附著紙張的琺瑯筒及其表面三維元素分布圖
 

　　該曲面自適應(yīng)微區(qū)X射線熒光光譜儀通過(guò)融合三維掃描與路徑優(yōu)化技術(shù)，成功解決了傳統(tǒng)平面掃描對(duì)表面不規(guī)則文物的掃描障礙，在以上典型案例中實(shí)證了其對(duì)復(fù)雜曲面文物原位、無(wú)損、高精度元素分布成像的突破性能力。
 

　　高能所核技術(shù)應(yīng)用中心許瓊副研究員為論文第一作者，魏存峰研究員和故宮博物院曲亮研究員為共同通訊作者。相關(guān)工作受到國(guó)家文物局核技術(shù)應(yīng)用與裝備重點(diǎn)科研基地及全國(guó)考古人才振興計(jì)劃(編號(hào)：2024-281)資助。