Rentgenová radiografie uměleckých děl

Rentgenová radiografie uměleckých děl je neinvazivní analytická technika, která umožňuje zkoumání hlubších vrstev obrazu nebo vnitřní struktury trojrozměrných objektů.

Princip metody

Rentgenová radiografie využívá vlastnosti rentgenových paprsků pronikat všemi vrstvami obrazu. Přitom dochází k absorpci fotonů některými pigmenty, které se na výsledném radiogramu objeví jako tmavší. Do dvourozměrného rentgenogramu se promítají všechny struktury, kterými záření prošlo a pro dostatečně kontrastní snímek je třeba zbavit se šumu. Lze tak získat poznatky o technologii malby nebo např. dokumentovat stav uměleckého díla před jeho zapůjčením na výstavu. Intenzita použitého záření je velmi nízká (nižší než např. při medicínském rentgenovém snímkování) a zkoumané dílo nijak nepoškozuje. Pro detekci procházejícího záření se používají digitální detektory, které mají vysoký dynamický rozsah a regulaci kontrastu. Rozlišení obrazu je závislé na velikostí pixelů detektoru a na velikosti bodového zdroje záření. Maximální možné rozlišení rentgenogramu je dané velikostí bodového zdroje záření - tzn. plochy emitující fotony. Zobrazené detaily na rentgenogramu jsou vždy větší, než polovina této plochy. Pro zvětšení je limitující plocha detektoru. Tak např. pro detektor o rozměrech 400 x 400 mm je při stonásobném zvětšení možné zobrazit předmět do průměru 4 mm.

Pro podrobnější informaci o struktuře obrazu a pro trojrozměrné předměty lze využít technické počítačové tomografie při které je předmět umístěn na otáčivém stolku a rentgenový zdroj i detektor jsou statické (na rozdíl od medicinského tomografu, který pracuje s prozařováním z více úhlů). RTG spektrum je spojité, s maximem rovným urychlovacímu napětí. Urychlovací napětí lze regulovat, aby bylo možné zachytit materiály o různé prostupnosti. Zvětšení obrazu je dosaženo přiblížením předmětu ke zdroji záření, ale zároveň se tak snižuje rozlišení obrazu. Výsledný tomografický řez je složen ze stovek až tisíců projekčních úhlů a skládá se pomocí počítačového programu.

Nejvyspělejší technologie pracuje s robotickými skenery (RToo, výrobek firmy Radalytica), které synchronně posunují emitor rentgenových paprsků a detektor na protější straně obrazu a umožňují tak nasnímat i velké plochy. Firma InsightArt využívá částicový detektor, vyvinutý v CERN a používaný i ve vesmírném výzkumu. Detektor o velikosti 256 x 1280 pixelů při 55 μm, vyráběný českou firmou ADVACAM, dokáže rozlišit jednotlivé fotony i jejich vlnovou délku a poskytuje tak výstup v barvách spektra. Protože detekuje jednotlivé fotony, není zatížen elektronickým šumem a lze na něm nastavit prakticky jakýkoli kontrast i dynamický rozsah. Lze z něj vyčíst např. materiálové složení na základě detekce jednotlivých prvků v použitých pigmentech a získat tak informace o podmalbách nebo další podrobnosti, které umožňují určit s větší jistotou autorství díla. Stejný robotický systém, který pracuje s kontinuálním synchronizovaným pohybem zdroje a detektoru lze s výhodou použít i ke zkoumání trojrozměrných objektů.

Příbuzné techniky

Makroskopická rentgenová fluorescenční analýza

Zdroj rentgenového záření se využívá také při kvantitativní analýze prvků obsažených v pigmentech, jako je olovo, rtuť nebo měď, pomocí fluorescence (MA-XRF). Detektor přitom měří záření emitované ionizovanými atomy prvků.

Makroskopická rentgenová difrakce

K jemnějšímu rozlišení olovnatých pigmentů na bázi minia (Pb₃O₄), oxidu olovnatého (PbO), hydrocerussitu (2PbCO₃ · Pb(OH)₂ a neapolské žluti (Pb₂Sb₂O₇) nebo sloučenin železa hematitu a goethitu se využívá rentgenové difrakce, často spolu měřením fluorescence.

Počítačová rentgenová laminografie

Tato metoda slouží k detailnímu zkoumání jednotlivých vrstev (stratigrafie) malby. Kombinuje sérii dvourozměrných radiografických záznamů pořízených pod různými úhly naklonění vzorku vzhledem ke zdroji rentgenového záření. Typický CXL sken je složen z 1000 až 3600 individuálních radiogramů velikosti 2048 x 2048 pixelů o velikosti (s rozlišením) 0.28 až 1.4 mikrometrů.

Pro zkoumání přítomnosti a složení organických látek v uměleckých objektech se užívá neutronová radiografie.

Využití

Raffaelův obraz Madona s dítětem

Robotický skener byl použit pro zkoumání Raffaelovy Madony s dítětem (tzv. Pražské madony), která měla dramatické osudy a autorství bylo s jistotou potvrzeno teprve roku 2020. Obraz Madony objednal roku 1517 papež Lev X. pro Loreto. Z Itálie se obraz dostal roku 1798 s napoleonskými vojsky do Paříže, po roce 1813 byl prodán do Londýna a roku 1928 se vrátil do Paříže. Zde znečištěný obraz ve špatném stavu koupil malíř Ernst Bleuer, který ho přivezl do Prahy a během restaurování objevil Raffaelův podpis a letopočet MDXVII (1517). Od Bleuera obraz koupil galerista Otomar Švehla a roku 1936 ho vystavil v Praze. Obraz byl v majetku Švehlovy rodiny do roku 1992, kdy ho na Slovensku zakoupil podnikatel Jaroslav Hřebíček. Přestože byl roku 1993 prohlášen za kulturní památku, Hřebíček ho vyvezl do Švýcarska a prodal. V letech 2002-2019 obraz restauroval Raymund Ondráček a po něm další dva čeští restaurátoři Jiří Lauterkaranc a Jiří Živný pod dohledem mezinárodní komise kunsthistoriků. Dlouho se předpokládalo, že obraz namaloval Raffaelův žák Giulio Romano a Raffael ho jen podepsal. Teprve analýza obrazu metodou spektrální rentgenové radiografie prokázala, že dílo maloval sám Raffael bez přispění svých dílenských pomocníků a žáků.

Vanitas, Národní galerie v Praze

Pomocí rentgenové radiografie byla zkoumána raně renesanční soška Vanitas (1530) ze sbírky Národní galerie. Za použití relativně vysokého urychlovacího napětí rentgenového zdroje (160 kV) byly zobrazeny spojovací kovové prvky a zbytky polychromie s obsahem prvků o vysokém atomovém čísle (stříbro, olovnatá běloba, železité pigmenty). Při využití počítačové tomografie byly výsledné příčné řezy získány složením 400 projekcí rotujícího objektu. K vizualizaci tomografické rekonstrukce celé sochy lze použít software, který barevně odlišuje různé struktury nebo odliší hmotu původní sošky, zhotovené z jednoho kusu lipového dřeva a drobných poškozených částí, doplněných dřevem větší hustoty.

Archeologické objekty

Rentgenová radiografie je hlavní metodou pro nedestruktivní zkoumání egyptských mumií. Jako jediná dokáže odhalit obsah malých mumií zvířat, jako jsou Ibisové, mláďata krokodýlů nebo psa.

Literatura

• Drdácký M, Slížková Z, Valach J, eds., Příspěvek technických věd k záchraně a restaurování památek, Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, Praha 2015, ISBN 978-80-86246-43-7
• Žemlička, J, Jakůbek, J, Dudák, J, Hradilová J, Trmalová O, Radiografie maleb s vysokým rozlišením (I): testování a měření velkoplošným pixelovým detektorem. In: Acta Artis Academica 2014, Akademie výtvarných umění, Praha 2014, ISBN 978-80-87108-48-2
• Stijn Legrand et al., Examination of historical paintings by state-of-the-art hyperspectral imaging methods: from scanning infra-red spectroscopy to computed X-ray laminography, Heritage Science 2, No. 13, 2014
• Janet Lang, Andrew Middleton (eds.), Radiography of cultural material, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford 2005, ISBN 0-7506-6347-2