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[论文] 热释光技术在古陶瓷鉴定中的应用

罗荫权 

  最近高新科技被广泛地应用于古文物断代,其中陶瓷器的出土数量以及收藏数量与其它文物(如竹、木、青铜等)比较都是最大宗的,所以陶瓷器的科学断代就显得非常重要。

  现今应用于陶瓷器断代的科学方法主要分为热释光绝对断代以及根据成份分析的比较断代。两种方法的科学技术不一,得出的数据不同,利用数据来分析得到的断代结论的可靠程度亦有很大差距。

  所谓成份分析是利用各种粒子(如电子,中子,质子等)去激发受测陶瓷样本的胎、釉使其发出X射线能谱,由此得出各种常量元素及微量元素含量,然后和标准样本的元素含量作比较,如果两者相符,该陶瓷样本的断代就被认为可以确定,反之,受测陶瓷样本的年份就不能确定。

  用成份分析方法去断代,主要因素取决于采用的标准器。但是标准器的定立是非常困难的,比如宋代的钧窑器,自北宋以后,元明清各代由华北到华南都有仿造,其中有名的就有宜兴及广东石湾的仿钧器皿。如果用石湾仿钧来与禹县临汝等地钧器比较,纵然年代相近,但元素含量不可能相符,利用元素含量所作出的年代结论亦自然相距甚远。

  用成份分析来断代,最近是受到一些人的青昧。主要原因可能是其所谓的无损断代特性。其受测陶瓷器受到粒子的撞击,肉眼看来虽是丝毫无损坏,但实际上受激发出的各种辐射线(如X射线、γ射线)足以把器物本身的辐射讯号摧毁。所以受过成份分析的陶瓷器就再也不能用热释光去作出断代测试了。

  热释光断代是不需要依靠标准器作为比较,所以可以称为绝对断代的测试。热释光断代主要是通过把陶瓷样本加热而释出的光强,加上对年剂量的测试而定出陶瓷器的烧制年份。

  热释光原理 (请看附注)

  所以对每一件陶瓷器的断代,是需要对光强度以及年剂量两个参数作出精确测量。如果能有高精度的实验数据,年代误差为百分之十至二十是可以达到的。(例如对清代瓷器的断代可以达到分辨出康/雍/乾的精确度。)以河南钧器及石湾钧器为例,用成份分析未必能作出有效的断代。但是热释光断代避免了标准器的问题,就算是河南钧及石湾钧的光强不同,而且年剂量也不一。但是只要能对光强及年剂量都作出准确的测量,河南钧及石湾钧器的年代就可以独立而又绝对地得到的。这就是热释光断代的优越性。

  从热释光原理可以看到,年份较远的陶瓷,光的强度较强,相对而言年份较近的陶瓷器 (如明清瓷 约100—600年有效剂量是0.5—3 Gy)光强会较弱,测试难度也相应地提高。所以要成功用热释光断代,测试人员本身的素质和技术要求是相当之高的。一般只熟悉热释光应用在地质(地质样本准确度是5—10万年)或是辐射科(有效剂量是20—300Gy)的技术人员是未必能应付陶瓷器断代的高精度要求。

  从热释光强曲线(图:横坐标是温度,直坐标是光强)

  图 朝代 名称 热释光检验结果及评语

  1、汉  陶跳舞女俑 相符

  2、唐  陶天王俑(一对) 相符

  3、 西夏 剔花黑釉扁瓶 相符

  4、明  青花梅瓶 相符

  5、唐  陶鸟形哨子(三只) 相符

  6、清  粉彩花鸟瓶 少于50年

  7、元  釉里红扁瓶 受外来辐射线影响

  8、唐  三彩七星盘 相符

  9、宋  龙泉小罐 相符

  根据以上结果看,是可以清楚地分辨出陶瓷器年代以及其所属窑口。就算由外加X光射线引发的热释光亦可清楚地由光强曲线分辨出来。

  热释光断代是需要对陶瓷器取样的,所需样本一般是每边约三毫米、深约三毫米的三角锥形。如果取样得宜,应不会影响到陶瓷器的外观。

  香港中文大学古物鉴证实验室从事古陶瓷的科学断代的工作已十多年,对热释光技术以及从X射线谱所作出的成份分析技术都作了详细的验证和比较。我们获得的结论是,从精确度以及科学上的可靠牲而言,热释光技术是较优越的,而成份分析技术只可提供辅助数据。热释光技术虽然对仪器,设备要求不算高 (一个大型物理或地质实验室都可能有所需设备,所需资金不过100—200万元),但是对技术操作人员的要求非常严格。工作人员除要有测量极度微弱光强、微弱辐射活性的实际经验外;更要对古陶瓷有一定的认识。缺其一,所测出的陶瓷年份可以有百分之一百的误差,而这种误差是收藏宋元明清陶瓷人士所不能接受的。

  附注:

  热释光(TL) 断代原理

  热释光是指晶体在受辐射作用后积蓄的能量在加热过程中以光的形式释放出来的一种物理现象。这种现象是一次性的,也就是说晶体在受辐射作用后,只有第一次被加热时才会有光被释放出来。在以后的加热过程中,除非重新再接受辐射作用,否则将不会有发光现象。

  陶瓷中含有大量的矿物晶体,如石英、长石和方解石等,这些晶体长期受到核辐射(如α、β和γ)的作用,积累了相当的能量,因此若把陶瓷加热,可观察到一定程度的热释光现象,而热释光的强度与它所接受的核辐照的多少成正比。由于陶瓷所接受的核辐射主要来自于陶瓷本身和自然环境所含的微量的放射性杂质(如铀、钍和钾40等),其放射性剂量相对恒定,因此热释光的强度便和受辐射时间的长短成正比。在陶瓷的烧制过程中,原始的热释光能量都会因高温而全部释放掉,就像是把『TL时钟』重新拨至零点。此后陶瓷重新积累TL信号,所以最后所测量得到的TL信号,是与陶瓷的烧制年代成正比,这就是热释光断代的基本原理。

  热释光的测量系统包括电热盘、光电倍增管及记录TL的电子仪器。TL信号一般是以「辐射当量」来表示的,测量方法是先用辐射同位素 (如 Sr—90作为 源;Am—241为 源)放出定量辐射剂量辐照陶瓷样品,然后计算能够引发同量的天然TL所需的辐射剂量,此剂量就是天然TL的「辐射当量」。如将测得陶瓷每年接受的辐射剂量代入下列公式就能计算其年代:

  年代 = 辐射当量 / 年剂量

  上法可以测定标本的绝对年代,只须测量样品本身之数据即可,而无须与已知年代的样品比较。惟方法的正确与否,尚须用己知年代的样品进行测试。

  

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