Исследование объектов культурного наследия (монет) с помощью нейтронной дифракции и радиографии

Изучение археологических объектов культурного наследия привлекает внимание специалистов уже многие годы [1-3]. С одной стороны, это вопрос реставрации и сохранения для будущих поколений уникальных артефактов прошлого [4], требующих в каждом случае особого подхода [5] и утрата которых всегда является безвозвратной. С другой стороны, это возможность получить информацию о событиях древности, об общественных процессах, протекавших сотни и тысячи лет назад [6,7]. Однако на современном этапе история и археология в частности для более полного решения возникающих проблем требуют привлечения смежных наук. Поэтому исследования физико-химических свойств археологических находок являются одним из важных направлений в неразрушающем контроле объектов культурного наследия [5,8].

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................... 3

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ........................................................................................................... 6

1.1 Изучение объектов культурного наследия ...................................................................................... 6

1.2 Археологические находки на территории Волжской Болгарии ...................................................... 7

1.3 Нумизматические находки как объекты культурного наследия ..................................................... 9

1.4 Методы исследования нумизматических находок ....................................................................... 12

1.5 Нейтронная радиография и томография как инструмент для изучения культурного наследия .. 13

1.6 Перспективы в развитии метода нейтронной радиографии и томографии для изучения археологических находок .................................................................................................................... 16

1.7 Применение нейтронной дифракции для исследования фазового состава объектов культурного наследия ............................................................................................................................................... 19

1.8 Определение параметров решетки сплава серебра с медью методом нейтронной дифракции для уточнения элементного состава .................................................................................................... 22

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ .............................................................................................. 25

2.1 Импульсный высокопоточный реактор ИБР-2 ............................................................................... 25

2.2 Специализированная экспериментальная станция для нейтронной радиографии и томографии .............................................................................................................................................................. 26

2.3 Метод обработки нейтронных радиографических изображений ................................................ 28

2.4 Дифрактометр для исследования микрообразцов при высоких давлениях ДН-6 ....................... 29

2.5 Метод обработки нейтронных дифракционных спектров ............................................................ 31

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МОНЕТ ВОЛЖСКОЙ БОЛГАРИИ ................................................................. 33

3.1 Отбор нумизматического материала ............................................................................................. 33

3.2 Исследование серебряного мультидерхема саманидов X века ................................................... 34

3.3 Исследование серебряного дирхема эмира Булат-Тимура XIV века ............................................ 39

3.4 Дифракционные исследования монет ........................................................................................... 41

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................................ 46

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................................................................... 47

Kurin, R. Safeguarding Intangible Cultural Heritage in the 2003 UNESCO Convention: a critical appraisal [Text]/ R. Kurin// Museum International, – 2004. – Vol.56. – P. 66-77. 2. Шухобородский А.Б. Объект археологического наследия как отдельный феномен культурных ценностей [Текст]/ А.Б. Шухобородский// Общество. Среда. Развитие (Terra Humana), – 2011. – №4. – С. 136-140. 3. Каменский С.Ю. Актуализация археологического наследия в современных социально-культурных практиках [Автореферат]/ С.Ю. Каменский// Екатеринбург: Гуманитарный университет, – 2009. – 24 с. 4. Ситдиков А.Г. О работе международной полевой археологической школы в Болгаре (18-31 августа 2014г.) [Текст]/ А.Г. Ситдиков, Л.А. Вязов, Е.М. Макарова// Поволжская археология, – 2014. – №3. – С. 294-303. 5. Janssens K. Non-destructive Micro Analysis of Cultural Heritage Materials [Book]/ K. Janssens, R. Van Grieken// Elsevier Science, – 2004. – 800 p. 6. Авдусин А.Д. Полевая археология СССР [Книга]/ А.Д. Авдусин// Высшая школа, – 1980. – 335 с. 7. Крадин Н.Н. Археологические культуры и этнические общности [Текст]/ Н.Н. Крадин// Теория и практика археологических исследований, – 2009. – №5. – С. 9-19. 8. Lang J. Radiography of cultural material [Book]/ J. Lang, A. Middleton// Elsevier Butterworth-Heinemann, – 2005. – 198 p. 9. Фахрутдинов Р.Г. Очерки по истории Волжской Булгарии [Книга]/ Р.Г. Фахрутдинов // М.: Наука, – 1984. – 216 с. 10. Нунан Т.С. Торговля Волжской Булгарии с саманидской Средней Азией в X в. [Текст]/ Т.С. Нунан // Археология, история, нумезматика, этнография Восточной Европы. Сборник статей памяти В.И. Дубова, – 2004. – С. 256– 313.

48

11. Zwicker U. Roman techniques of manufacturing silver-plated coins [Book]/ U. Zwicker, A. Oddy, S.L. Niece // Met. Plat. Patination. Butterworth-Heinemann, – 1993. – P. 223–246. 12. Nørgaard H.W. Metalcraft within the Nordic Bronze Age: Combined metallographic and superficial imaging reveals the technical repertoire in crafting bronze ornaments [Text]/ H.W. Nørgaard // J. Archaeol. Sci. Academic Press, – 2015. – Vol.64. – P. 110–128. 13. Begovatov E. The Chemical Composition of 10th-Century Silver Coins from the I Semyonovo Unfortified Site (Republic of Tatarstan) [Text]/ E. Begovatov, V. Lebedev, R. Khramchenkova // Povolzhskaya Arkheologiya, – 2013. – Vol.3. – №5. – P. 169–174. 14. Griesser M. Application of x-ray and neutron tomography to study antique Greek bronze coins with a high lead content [Text]/ M. Griesser, R. Traum, K. Vondrovec, et al. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, – 2012. – Vol.37. – №1. – P. 1–5. 15. Kichanov S.E., Nazarov K., Kozlenko D.P. et al. Analysis of the internal structure of ancient copper coins by neutron tomography [Text]/ S.E. Kichanov, K. Nazarov, D.P. Kozlenko et al. // J. Surf. Investig., – 2017. – Vol.11. – № 3. 16. Corsi J. Compositional and microstructural characterization of Celtic silver coins from northern Italy using neutron diffraction analysis [Text]/ J. Corsi, F. Grazzi, A. Lo Giudice et al. // Microchemical Journal. – 2016. – V.126. – P. 501–508. 17. Siouris I.M. Characterization of ancient Greek coins using non-destructive TOF neutron diffraction [Text]/ I.M. Siouris, S. Katsavounis, W. Kockelmann // J. Phys. Conf. Ser. IOP Publishing, – 2012. – Vol.340. – №1. – P. 1–8. 18. Абрамзон М.Г. Исcледование химического состава сплава боспорских билонных статеров III в. н.э. методами РФА-спектроскопии, нейтронной томографии и дифракции [Текст]/ М.Г. Абрамзон, И.А. Сапрыкина, С.Е. Кичанов и др. // Поверхность. Рентгеновские, Синхротронные И Нейтронные Исследования, – 2018. – № 2. – P. 24–28.

49

19. Шайхутдинова Е.Ф. Компьютерная томография как метод изучения нумизматического материала: плюсы и минусы [Текст]/ Е.Ф. Шайхутдинова, Р.Х. Храмченкова, А.Г.Ситдиков. // Нумизматика Золотой Орды, – 2016. – № 6. – С. 113–119. 20. Khramchenkova R.Kh. Archaeometry research of silver coins of the 10th century from Volga Bulgaria (preliminary results) [Text]/ R.Kh. Khramchenkova, E.F. Shaykhutdinova, E.A. Begovatov et al. // Povolzhskaya Arkheologiya (The Volga River Reg. Archaeol, – 2015. – Vol.3. – №13. – P. 176–188. 21. Sodaei B. Possible sources for extraction of silver by comparison of parthian and sasanian coins in mede satraps [Text]/ B. Sodaei, M. Hajivaliei, F. Khademi Nadooshan // Mediterranean Arhaeology and Archaeometry, – 2013. – Vol.13. – №1. – P. 161–170. 22. Mezzasalma A.M. Ancient coins and their modern fakes: an attempt of physicochemical unmasking [Text]/ A.M. Mezzasalma, G. Mondio, T. Serafino et al. // Mediterranean Archaeology and Archaeometry, – 2009. – Vol.9. – № 2. – P. 15– 28. 23. Beck L. Silver surface enrichment of silver–copper alloys: a limitation for the analysis of ancient silver coins by surface techniques [Text]/ L. Beck, S. Bosonnet, S. Reveillon et al. // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms. North-Holland, – 2004. – Vol.226. – №1. – P. 153–162. 24. Ingo G.M. Combined use of SEM-EDS, OM and XRD for the characterization of corrosion products grown on silver roman coins [Text]/ G.M. Ingo, S. Balbi, T. de Caro et al. // Appl. Phys. A. Springer-Verlag, – 2006. – Vol.83. – №4. – P. 493–497. 25. Weber G. Is the external beam PIXE method suitable for determining ancient silver artifact fineness [Text]/ G. Weber, J. Guillaume, H.P. Garnir et al. // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms., – 2000. – Vol.161. – P. 724–729.

50

26. Tate J. Some problems in analysing museum material by nondestructive surface sensitive techniques [Text]/ J. Tate // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms., – 1986. – Vol.14. – №1. – P. 20–23. 27. Caridi F. XPS and XRF depth patina profiles of ancient silver coins [Text]/ F. Caridi, L. Torrisi, M. Cutroneo et al. // Appl. Surf. Sci. North-Holland, – 2013. – Vol.272. – P. 82–87. 28. Šmit Ž. Elemental analysis of Celtic coins [Text]/ Ž. Šmit, P. Kos // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms., – 1984. – Vol.3. – №1. – P. 416–418. 29. Meyer M.-A. Nonvacuum analyses of silver coins (9th to 15th century A.D.) [Text]/ M.-A. Meyer, G. Demortier // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms., – 1990. – Vol.49. – №1. – P. 300– 304. 30. Кропоткин В.В. Торговые связи Волжской Булгарии в X в. по нумизматическим данным [Книга]/ В.В. Кропоткин // М.: Наука, – 1970. – 147 с. 31. Khramchenkova R. Advanced Microscopy Techniques for Nanoscale Diagnostic of Cultural Heritage. Scanning Electron Microscopy for Investigation of Medieval Coins and Frescos from the Republic of Tatarstan. [Book]/ R. Khramchenkova, I. Safina, S. Drobyshev et al. // Advanced Nanomaterials, 2019. P. 1-23. 32. Khramchenkova R. Interdisciplinary study of 13th century silver coins of the Juchid (based on the materials of the Burundukovsky hoard, Tatarstan, Russia) [Text]/ R. Khramchenkova, E. Shaykhutdinova, A. Bugarchev et al. // Acta Imeko, – 2017. – Vol6. – №3. – P. 94–101. 33. Рындина Н.В. Естественнонаучные методы изучения древних металлических изделий в лабораториях кафедры археологии МГУ: достижения и перспективы [Текст]/ Н.В. Рындина, Н.В. Енисова, В.К. Сингх// Исторические исследования, – 2015. – №3. – С. 292–315.

51

34. Равич И.Г. Металлографический анализ археологических находок из цветного металла (историографический обзор) [Текст]/ И.Г. Равич// Манускрипт, – 2017. – №12. – С. 157–163. 35. Chase W.T. Early Chinese Black mirrors and Pattern-Etched Weapons [Text]/ W.T. Chase, U.M. Franklin// Art Orientalis, – 1979. – №11. – P. 127–162. 36. Равич И. Г. Особенности состава и структуры благородной черной патины на миниатюрных зеркалах сарматского времени, найденных на Северном Кавказе [Текст]/ И.Г. Равич, Л.Б. Бер, Т.А. Мухина// Художественное наследие, – 2004. – №21. – С. 27–44. 37. Moreno-Suárez A.I. Feasibility of different cleaning methods for silver-copper alloys by X-ray fluorescence: Application to ancient Greek silver coins [Text]/ A.I. Moreno-Suárez, F.J. Ager, C. Rodríquez-Segovia, et al.// Spectrochimica Acta Part B, – 2016. – Vol.116. – P. 85–91. 38. Кичанов С.Е. Исследование археологических объектов методом нейтронной томографии [Текст]/ С.Е. Кичанов, Д.П. Козленко, И.А. Сапрыкина и др.// В лабораториях института, – С. 20–22. 39. Полубояринова М.Д. Торговый инвентарь с болгарского городища [Текст]/ М.Д. Полубояринова// Поволжская археология, – 2013. – №2. – С. 252–259. 40. Руденко К.А. О хронологии восточного импорта в Волжскую Булгарию в X-XI вв. (по материалам торевтики) [Текст]/ К.А. Руденко// Поволжская археология, – 2017. – №2. – С. 157–172. 41. Коваль В.Ю. Испанская керамика в средневековом Болгаре [Текст]/ В.Ю. Коваль// Поволжская археология, – 2016. – №4. – С. 99–124. 42. Губайдуллин А.М. Исследования в центральной части болгарского городища («Дом ремесленника») [Текст]/ А.М. Губайдуллин// Поволжская археология, – 2013. – №3. – С. 191–199. 43. Лопан О.В. Раскопки на южной окраине болгарского городища в 2016 году (раскоп CCXVII) [Текст]/ О.В. Лопан, И.В. Волков, А.Г. Ситдиков// Поволжская археология, – 2018. – №2. – С. 237–252.

52

44. Коваль В.Ю. Торговый инвентарь из раскопок базара середины XIV века в Болгаре [Текст]/ В.Ю. Коваль// Поволжская археология, – 2013. – №4. – С. 9–33. 45. Беговатов Е.А. Средневековые ювелирные изделия Семеновского комплекса [Текст]/ Е.А. Беговатов, Л.И. Казанцева// Поволжская археология, – 2016. – №4. – С. 37–53. 46. Руденко К.А. Золотые украшения Волжской Булгарии и Булгарского улуса Золотой Орды: опыт сравнительного анализа [Текст]/ К.А. Руденко// Поволжская археология, – 2018. – №2. – С. 111–124. 47. Захаров Е.В. Роль монеты в развитии экономики древней Греции VI–IV вв. до н.э. [Книга]/ Е.В. Захаров// Москва, – 2017. – 63 с. 48. Абрамзон М.Г. Содержание серебра в статерах Тейрана и реконструкция техники серебрения [Текст]/ М.Г. Абрамзон, О.Л. Гунчина, И.А. Сапрыкина// Проблемы истории, филологии, культуры, – 2017. – №4. – С. 152–169. 49. Debernardi P. Average and core silver content of ancient-debased coins via neutron diffraction and specific gravity [Text]/ P. Debernardi, J. Corsi, I. Angelini et al.// Archaeological and Anthropological Sciences, – 2018. – Vol.10. – P. 1585–1602. 50. Абрамзон М.Г. Исследование химического состава сплава боспорских билонных статеров III в. н.э. методами РФА-спектроскопии, нейтронной томографии и дифракции [Текст]/ Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, – 2018. – №2. – С. 24–28. 51. Bugoi R. Archaeometrical studies of Greek and Roman silver coins [Text]/ R. Bugoi, B. Constantinescu, F. Constantin et al.// J Radioanal Nucl Chem., – 1999. – Vol.242. – P. 777–781. 52. Воропай Е.С. Элементный анализ серебряных монет методом двухимпульсной лазерной атомно-эмиссионной спектроскопии [Текст]/ Е.С. Воропай, К. Ф. Ермалицкая, В. М. Сидорович и др.// Вестник БГУ, – 2013. – №1. – С. 11–16.

53

53. Anderson I.S. Neutron Imaging and Applications [Book]/ I.S. Anderson// Springer, – 2009. – 341 p. 54. Winkler B. Applications of Neutron Radiography and Neutron Tomography [Text]/ B. Winkler// Reviews in Mineralogy & Geochemistry, – 2006. – Vol.63. – P. 459–471. 55. Kardjilov N. Neutron tomography for archaeological investigations [Text]/ N. Kardjilov, F. Fiori, G. Giunta, et al.// Journal of Neutron Research, – 2006. – Vol.14. – №1. – P. 29–36. 56. Strobl M. Advances in neutron radiography and tomography [Text]/ M. Strobl, I. Manke, N. Kardjilov, et al.// Journal of Physics D: Applied Physics, – 2009. – Vol.42. – P. 1–21. 57. Белушкин А.В. Введение в методику рассеяния нейтронов [Книга]/ А.В. Белушкин// М.: МГУ, – 2000. 58. Schwarz D. Neutron tomography of internal structures of vertebrate remains: a comparison with x-ray computed tomography [Text]/ D. Schwarz, P. Vontobel, E. H. Lehmann, et al.// Palaeontologia Electronica, – 2005. – Vol.8. – P. 1–11. 59. Kardjilov N. New features in cold neutron radiography and tomography Part II: applied energy-selective neutron radiography and tomography [Text]/ N. Kardjilov, S. Baechlerb, M. Basturkd, et al.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, – 2003. – Vol.501. – P. 536–546. 60. Sato H. Inverse Pole Figure Mapping of Crystalline Grains by Bragg-dip Neutron Transmission Imaging [Text]/ H. Sato, Y. Shiota, S. Morooka, et al.// MLF Annual Report, – 2017. – Vol.2 – P. 8–10. 61. Козленко Д.П. Спектрометр для нейтронной радиографии и томографии NRT [Текст]/ Д.П. Козленко, Б.Н. Савенко, С.Е. Кичанов и др.// Предложения в программу развития комплекса спектрометров на реакторе ИБР-2 на 2015 – 2020 гг., – 2014. – С. 75–78.

54

62. Балагуров А.М. Современная структурная нейтронография на импульсных источниках нейтронов [Текст]/ А.М. Балагуров// Физика элементарных частиц и атомного ядра, – 1992. – Т.23. – №4. – С. 1088–1143. 63. Аксенов В.Л. Времяпролетная нейтронная дифрактометрия [Текст]/ В.Л. Аксенов, А.М. Балагуров// Успехи физических наук, – 1996. – Т.166. – №9. – С. 955–985. 64. Куманин В.И. Материалы для ювелирных изделий [Книга]/ В.И. Куманин, В.Б. Лившиц// М.: Астрель, Кладезь, – 2012. – 240 с. 65. Хансен М. Структуры двойных сплавов. Том 1 [Книга]/ М. Хансен, К. Андерко// Металлургиздат, – 1962. – 608 с. 66. Wyckoff R.W.G. Crystal Structures. Second edition [Book]/ R.W.G. Wyckoff// Interscience Publishers, – 1963. – 588 p. 67. Suh I-K. High-temperature expansion of six metallic elements measured by dilatation method and X-ray diffraction [Text]/ I-K. Suh, H. Ohta, Y. Waseda// Journal of Materials Science, – 1988. – Vol.23. – №2. – P. 757–760. 68. Spreadborough J. High-temperature X-ray diffractometer [Text]/ J. Spreadborough, J. W. Christian// Journal of Scientific Instruments, – 1959. – Vol.36 – №3. – P. 116–118. 69. Kozlenko D.P. Neutron radiography and tomography facility at IBR-2 reactor [Text]/ D.P. Kozlenko, S.E. Kichanov, E.V. Lukin, et al.// Physics of Particles and Nuclei Letters, – 2016. – Vol.13. – №3. – P. 346–351. 70. Kozlenko D.P. Neutron Radiography Facility at IBR-2 High Flux Pulsed Reactor: First Results [Text]/ D.P. Kozlenko, S.E. Kichanov, E.V. Lukin, et al.// Physics Procedia, – 2015. – Vol.69. – P. 87–91. 71. Schneider C.A. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis [Text]/ C.A. Schneider, W.S. Rasband, K.W. Eliceiri// Nat. Methods., – 2012. Vol.9. – №7. – P. 671–675. 72. Chen R.-C. PITRE : software for phase-sensitive X-ray image processing and tomography reconstruction [Text]/ R.-C. Chen, D. Dreossi, L. Mancini et al. // J. Synchrotron Radiat., – 2012. – Vol.19. – №5. P. 836–845.

55

73. Kozlenko D.P. The DN-6 Neutron Diffractometer for High-Pressure Research at Half a Megabar Scale [Text]/ D.P. Kozlenko, S.E. Kichanov , E. Lukin et al. // Crystals, – 2018. – Vol.8. – P. 1–9. 74. Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures [Text]/ H.M. Rietveld // Journal of Applied Crystallography, – 1969. – Vol.2. – P. 65. 75. Rodriguez-Carvajal J. Programs for handling Magnetic Structures [Text]/ J. Rodriguez-Carvajal //Physica B, – 1993. – Vol.192. – P. 1152–1159. 76. Sears V.F. Neutron scattering lengths and cross sections [Text]/ V.F. Sears // Neutron News. Taylor & Francis Group, – 1992. – Vol.3. – №3. – P. 26–37. 77. Otsu N.A. Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms [Text]/ N.A. Otsu // IEEE Trans. Syst. Man. Cybern., – 1979. – Vol.9. – №1. – P. 62– 66.