Savremene metode laserskog čišćenja predmeta kulturnog nasledja

Abstract

The monograph presents the results of perennial research of laser application in the cleaning of undesirable layers on cultural heritage objects. Keeping in mind the priceless value of the items that have to be cleaned, research has been carried out with the aim of provide a scientifically based contribution to the safe and efficient application of lasers in conservation laboratories. Laser cleaning is a complex phenomenon that is followed by thermal, mechanical, optical, and chemical effects. Investigation of the laser light interaction with different materials is the first step in the process of successful laser application in the protection of cultural heritage objects. These processes depend on the characteristics of laser irradiation and materials characteristics. The results presented in this monograph included four types of lasers: Nd:YAG, CO2, Er:Glass and ruby laser. Laser irradiation parameters such as beam energy density (fluence), pulse length, number of pulses per second, wavelength and energy distribution within the laser beam are changed. Archaeological objects, samples from museums study collections and samples of contemporary materials (modern ceramics, metals, metal alloys, glass, textiles and a combination of these materials) have been cleaned. Each sample from the cultural heritage collection represents a unique conservation challenge because it has the inherent values of the reflection and absorption coefficients, the chemical and physical properties of the surface, the specific topology at the micro and nano levels, the homogeneity, the thermal expansion coefficient, the melting temperature, and the boiling temperature. Cleaning each of the items requires a proper selection of operating parameters and process control. Morphological and chemical changes in the cleaned zones were examined by optical and SEM microscopy, EDX, XRF, XRD and LIBS analysis. The analysis of cleansing effects includes colorimetric tests, roughness and micro-hardness testing. Other modern methods for monitoring the interaction process (thermography) were also used, and experimental results were processed and verified by numerical methods. Over the past decade, a number of European projects, related to the development and application of new scientific methods and new technologies in the protection of cultural heritage, have been implemented. Our country, rich in cultural heritage, should follow this trend of using modern technology and so in the best way preserve archaeological and cultural heritage for its descendants.

U monografiji su prikazani rezultati višegodišnjih istraživanja u oblasti primene lasera u čišćenju nepoželjnih slojeva na predmetima kulturne baštine. Imajući u vidu da baštini pripadaju i predmeti neprocenjive vrednosti, istraživanja su sprovedena s ciljem da se pruži naučno zasnovani doprinos bezbednoj i efikasnoj primeni lasera u konzervatorskim ateljeima. Lasersko čišćenje je kompleksna pojava koju prate toplotni, mehanički, optički i hemijski efekti. Ispitivanje interakcije laserske svetlosti sa različitim materijalima je prvi korak u procesu uspešne primene lasera u zaštiti objekata kulturne baštine. Ovi procesi zavise od karakteristike laserskog zračenja i materijala. Istraživanja, čiji su rezultati prikazani u ovoj monografiji, uključila su četiri tipa lasera: Nd:YAG, CO2, ER:Glass i rubinski laser. Varirani su parametri laserskog zračenja, kao što su gustina energije snopa (fluenca), dužina impulsa, broj impulsa u sekundi, talasna dužina i raspodela energije unutar laserskog snopa. Čišćeni su arheološki predmeti, uzorci iz muzejskih studijskih zbirki i uzorci savremenih materijala (keramika, metali, metalne legure, staklo, tekstil i kombinaciju ovih materijala) kakvi se koriste u savremenoj umetnosti. Svaki uzorak iz zbirke kulturne baštine predstavlja jedinstven konzervacijski problem, jer ima svojstvene vrednosti koeficijenta refleksije i apsorpcije, hemijske i fizičke osobine površine, specifičnu topologiju na mikro i nano nivou, homogenost, koeficijent širenja toplote, temperaturu topljenja i temperaturu ključanja. Čišćenje svakog predmeta zahteva pravilan izbor radnih parametara i kontrolu procesa. Morfološke i hemijske promene u zonama čišćenja, ispitivane su optičkom i SEM mikroskopijom, EDX, XRF i XRD analizom. Dijagnostika efekata čišćenja uključila je i kolorimetrijska ispitivanja, ispitivanja hrapavosti i mikrotvrdoće. Korišćene su i druge savremene metode za praćenje procesa interakcije (termografija), a eksperimentalni rezultati su obrađivani i verifikovani numeričkim metodama. U proteklih desetak godina realizovan je veliki broj evropskih projekata, koji se odnose na razvoj i primenu novih naučnih metoda i novih tehnologija u zaštiti kulturne baštine. Naša zemlja, bogata kulturnim nasleđem, treba da prati ovaj trend korišćenja savremenih tehnologija i tako na najbolji način sačuva arheološko i kulturno nasleđe za budućnost.