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為何盧浮宮博物館地下有臺(tái)粒子加速器？

文章來(lái)源：撰文/小溪,審校/清川 2018-09-12

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　　法國(guó)巴黎的盧浮宮博物館是世界上最古老、最大、最奢華的博物館之一，1793年11月18日正式向公眾開(kāi)放，博物館的藝術(shù)珍藏品已超過(guò)40萬(wàn)件。

　　20世紀(jì)80年代初，為改建擴(kuò)建盧浮宮博物館，當(dāng)時(shí)的法國(guó)總統(tǒng)密特朗邀請(qǐng)了世界15位頂級(jí)博物館館長(zhǎng)遴選抉擇應(yīng)征的改建擴(kuò)建方案。其中13位博物館館長(zhǎng)選擇了著名設(shè)計(jì)師貝聿銘的方案：在盧浮宮的拿破侖庭院內(nèi)建造一座玻璃金字塔。

法國(guó)巴黎盧浮宮博物館外景(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　愛(ài)神維納斯雕像、勝利女神像、達(dá)芬奇的蒙娜麗莎畫(huà)等盧浮宮博物館中最珍貴的藏品都向參觀者展示。而就在那新建的玻璃金字塔下深15米處的地下，卻有一樣?xùn)|西是盧浮宮博物館館長(zhǎng)絕不對(duì)參觀者展示的，那是一臺(tái)名為AGLAE的粒子加速器。

　　■粒子加速器

　　為何盧浮宮博物館地下有臺(tái)粒子加速器呢？

　　粒子加速器是20世紀(jì)30年代發(fā)明的，最初主要用于粒子物理研究。隨著科技的發(fā)展，回旋加速器、直線加速器、靜電加速器、倍壓加速器、電子感應(yīng)加速器等不同種類(lèi)的粒子加速器被應(yīng)用于放射性醫(yī)學(xué)、放射性化學(xué)、放射性同位素制造、非破壞性探傷等廣泛的領(lǐng)域。

　　時(shí)至今日，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全世界已有3萬(wàn)多臺(tái)加速器，但其中用于粒子物理研究的只占一小部分，絕大部分加速器在各應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特的作用，也許最令人意想不到的是它們?cè)谖幕Ｗo(hù)中的作用，盧浮宮博物館的AGLAE粒子加速器則是世界上唯一一臺(tái)藝術(shù)專(zhuān)用的粒子加速器。

　　■ AGLAE的來(lái)歷

　　古文物中充滿了謎題：它們的材料是從哪里來(lái)的？它們制造的秘密是什么？如何保存和恢復(fù)它們？盧浮宮博物館1931年就建立了研究實(shí)驗(yàn)室(LRMF)，研究實(shí)驗(yàn)室的主要目標(biāo)是研究藝術(shù)和考古物品的創(chuàng)作所涉及的材料和技術(shù)，例如生產(chǎn)方法、來(lái)源研究、認(rèn)證和保護(hù)。初期階段，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)博物館收藏的繪畫(huà)用的是光學(xué)顯微鏡、紫外線或紅外光或X射線照相等手段。到了20世紀(jì)60年代，隨著考古學(xué)的發(fā)展，多種光譜技術(shù)被應(yīng)用于藝術(shù)品和考古物品的分析，包括紫外光譜法、X射線熒光光譜法，甚至是X射線衍射法。

　　盧浮宮博物館的藏品價(jià)值連城，加之藝術(shù)品所具有的獨(dú)特性(例如形狀與結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成分材料類(lèi)別繁多、來(lái)源及歷史不明、保存狀況多樣化等)，檢測(cè)技術(shù)只能首選那些非破壞性、非侵入性的技術(shù)手段來(lái)尋找答案。研究實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)設(shè)施通常要求將樣本放置在真空環(huán)境中進(jìn)行材料分析(這本身很可能具有潛在的破壞性)，而研究人員常因真空室尺寸所限，無(wú)法研究較大的碎片。

　　由于藝術(shù)史學(xué)家提出的要求越來(lái)越高，要想準(zhǔn)確地回答他們提出的問(wèn)題，需要更先進(jìn)的技術(shù)檢測(cè)手段，而且出于安全性的考慮，博物館藏品只能留在自己內(nèi)部的安全區(qū)域。1982年，盧浮宮博物館決定在館內(nèi)配置一個(gè)專(zhuān)用的粒子加速器，名為AGLAE(Accelerateur Grand Louvre d’Analyse Elementaire)。

　　■身懷絕技

　　AGLAE的加速器采用的是NEC公司建造的串列式靜電加速器(型號(hào)6SDH2)，總長(zhǎng)度約27米，配備了兩個(gè)離子源，一個(gè)用于產(chǎn)生質(zhì)子和氘，另一個(gè)用于產(chǎn)生氦離子。該加速器建有兩條實(shí)驗(yàn)束線，一條通向真空室，而另一條稱(chēng)為外光束線，無(wú)需任何取樣，不受真空室尺寸的限制，可直接分析任何大小和形狀的藝術(shù)品。離子被AGLAE加速至每秒20000~30000千米的速度后轟擊被檢物，隨后被檢物發(fā)射出不同的輻射，這些輻射由后端的探測(cè)器捕獲，數(shù)種技術(shù)相結(jié)合，對(duì)被檢物表層所含的微量化學(xué)元素進(jìn)行識(shí)別。由于配置了聚焦系統(tǒng)，到達(dá)被檢物的粒子束流直徑只有20微米左右(僅相當(dāng)于半根頭發(fā)絲的粗細(xì))，對(duì)被檢物沒(méi)有破壞性。

　　AGLAE的安裝從1984年開(kāi)始，1988年6月正式投入使用，成為解決博物館研究難題的主要技術(shù)手段。

AGLAE的示意圖(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

正在向地下室吊裝設(shè)備(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

AGLAE加速器(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

AGLAE的外光束線(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

AGLAE外光束線的各類(lèi)探測(cè)器(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　研究人員利用AGLAE解開(kāi)了古代文物的許多秘密，驗(yàn)證它們的真實(shí)性。通過(guò)測(cè)定文物上油漆的痕跡，研究玻璃、金屬和陶瓷的精確化學(xué)成分，識(shí)別文物的構(gòu)成，由微量元素的組成還可識(shí)別出具有這種成分的礦物是在哪里開(kāi)采的，確定文物的來(lái)源及年代，深入了解它的制作工藝和老化機(jī)制，對(duì)文物的保存和修復(fù)有重要的參考意義。

檢測(cè)法蘭克女王鑲有石榴石的胸針(類(lèi)似中國(guó)的景泰藍(lán)工藝)(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

識(shí)別有4500年歷史的古埃及雕塑的礦物質(zhì)成分與產(chǎn)地(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

識(shí)別古代雕像的紅寶石眼睛(左)以及珍貴飾品中紅寶石(右)的成分與產(chǎn)地(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　AGLAE使用的是非侵入性檢測(cè)手段，這是文化遺產(chǎn)研究的首要考慮的事項(xiàng)。早期在AGLAE擔(dān)任科學(xué)顧問(wèn)的讓-克勞德·德蘭(Jean-ClaudeDran)認(rèn)為AGLAE開(kāi)創(chuàng)的研究方法非常強(qiáng)大、非常精確，對(duì)微量元素非常敏感，特別適用于藝術(shù)品和考古文物的檢測(cè)。

　　克萊爾·帕切科(ClairePacheco)在法國(guó)波爾多大學(xué)攻讀古代材料博士學(xué)位時(shí)就在AGLAE從事離子束分析研究。她2011年接任AGLAE的首席科學(xué)家，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)AGLAE的運(yùn)行。帕切科說(shuō)：“AGLAE的獨(dú)特之處就在于它百分百致力于文化遺產(chǎn)，這是世界上唯一一臺(tái)專(zhuān)門(mén)用于這一研究領(lǐng)域的粒子加速器?！?/p>

克萊爾.帕切科(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　AGLAE的物理學(xué)家及工程師們通常需要與藝術(shù)史學(xué)家攜手合作進(jìn)行研究。他們用AGLAE分析文物由什么材料制成，并驗(yàn)證它們的真實(shí)性(一個(gè)物體所包含的元素的數(shù)量和組合可作為一個(gè)指紋，暗示了礦石被開(kāi)采的地方，以及該物品被制成的時(shí)間)，例如他們檢查法國(guó)政府送給拿破侖.波拿巴的劍鞘是否真的是用純金鑄造的。

　　AGLAE還用來(lái)研究玻璃、金屬和陶瓷藝術(shù)品。某種古代陶瓷當(dāng)它被點(diǎn)燃時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出一種金屬光澤。帕切科團(tuán)隊(duì)用AGLAE來(lái)確定這種陶瓷碎片中的元素，了解了這種陶瓷的起源。這項(xiàng)技術(shù)最早出現(xiàn)在9世紀(jì)時(shí)古希臘的美索不達(dá)米亞，后來(lái)曾遍布地中海區(qū)域，但在17世紀(jì)時(shí)卻大部消失了，只有西班牙的一些陶工仍然延續(xù)著這一傳統(tǒng)手藝。用AGLAE為這種陶瓷在各時(shí)間段、各產(chǎn)地制作了詳細(xì)的“身份證”，使每件這種陶瓷的產(chǎn)品產(chǎn)地與年代清晰可查。

　　曾有研究報(bào)告詳細(xì)描述了AGLAE如何被用來(lái)分析某個(gè)象牙上裝飾性油漆痕跡的化學(xué)特征。研究結(jié)果竟顯示這些象牙上的漆很可能是在公元前7世紀(jì)涂制的。

　　AGLAE最經(jīng)常研究的是盧浮宮博物館自己的藏品，但它還有更大的任務(wù)是研究法國(guó)各地博物館的藝術(shù)品和文物。當(dāng)然，它也可供外部使用，例如來(lái)自洛杉磯博物館和紐約大都會(huì)藝術(shù)博物館的研究人員使用。

AGLAE正在檢測(cè)文物(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

正在分析檢測(cè)數(shù)據(jù)(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　■升級(jí)改造

　　作為世界上唯一一臺(tái)完全致力于分析文物的粒子加速器，AGLAE運(yùn)行了將近30年。技術(shù)方面，AGLAE存在一些局限性：它無(wú)法用于分析易碎材料，如油漆中的有機(jī)或無(wú)機(jī)生物材料，這些材料會(huì)被粒子束明顯改變性質(zhì)；它無(wú)法用于研究繪畫(huà)類(lèi)文物，因?yàn)榱Ｗ邮鴷?huì)引起顏料顏色的變化，有損傷繪畫(huà)的風(fēng)險(xiǎn)；它每天只能運(yùn)行8-10個(gè)小時(shí)，限制了外界用戶、法國(guó)和整個(gè)歐洲的用戶的使用。它太需要一次徹底的改造了。

　　法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心(CNRS)、法國(guó)博物館研究與修復(fù)中心和巴黎高科國(guó)立高等化學(xué)學(xué)校(ChimieParis tech)決定合作進(jìn)行AGLAE的升級(jí)改造，由巴黎市和法國(guó)文化部共同資助，總經(jīng)費(fèi)為210萬(wàn)歐元(約合250萬(wàn)美元)。

　　2016年夏季，老的AGLAE被拆除了，房屋的輻射防護(hù)得到加強(qiáng)，儀器設(shè)備進(jìn)行了重新組裝和改造。從老AGLAE到新AGLAE，充滿了技術(shù)上的挑戰(zhàn)，也充分體現(xiàn)了創(chuàng)新與協(xié)作。

　　2017年1月10日，在歐洲核子研究中心(CERN)召開(kāi)的“CERN知識(shí)轉(zhuǎn)移研討會(huì)”上，帕切科代表法國(guó)博物館研究和修復(fù)中心發(fā)表了題為“The accelerator under the Louvrethe New AGLAE”的演講，介紹了AGLAE的發(fā)展歷程、升級(jí)改造項(xiàng)目的進(jìn)展、新AGLAE的探測(cè)器配置，以及新AGLAE的研究發(fā)展前景。

CERN知識(shí)轉(zhuǎn)移研討會(huì)的海報(bào)及帕切科報(bào)告的PPT首頁(yè)(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　完成升級(jí)改造的AGLAE于2017年11月23日開(kāi)始正式運(yùn)行。新AGLAE總長(zhǎng)37米，增加了使光束線穩(wěn)定的磁鐵，配置了更靈敏的多類(lèi)型組合探測(cè)器，其空間分辨率、光束穩(wěn)定性和多粒子檢測(cè)能力大大提高，大幅度降低了對(duì)受檢文物及藝術(shù)品的輻射劑量，十分有利于敏感材料的分析，如油漆層(包括有機(jī)粘合劑)等，不再會(huì)有被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，也可解決原來(lái)受到限制的繪畫(huà)類(lèi)文物的研究問(wèn)題。新AGLAE可以24小時(shí)不停歇地工作，它的光束線運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化，有助于滿足法國(guó)其它博物館以及外國(guó)研究人員日益增長(zhǎng)的研究需求。

升級(jí)改造后的AGLAE(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

新AGLAE示意圖(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

新AGLAE的加速器系統(tǒng)(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

AGLAE升級(jí)改造增加了穩(wěn)定光束線的磁鐵(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

AGLAE升級(jí)改造后的外部光束線(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

多種類(lèi)型的組合探測(cè)器(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　首批接受新AGLAE檢測(cè)的藝術(shù)品是一批古羅馬的銅雕像。這些雕像1969年在鄰近比利時(shí)邊界的巴維(Bavay)古羅馬城鎮(zhèn)廣場(chǎng)出土，當(dāng)時(shí)在一個(gè)麻袋里發(fā)現(xiàn)了370多件被嚴(yán)重腐蝕的青銅制品，很可能是羅馬帝國(guó)成立之初至大約3世紀(jì)的古文物。這些物品是古代銅工匠的收集物？是某次戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)利品？還是屬于某個(gè)宗教的存貨？新AGLAE的檢測(cè)可以提供一些線索來(lái)確定這些神秘寶物的起源地、制作技術(shù)等。

檢測(cè)來(lái)自巴維的古羅馬銅雕像(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　盧浮宮博物館雖然不允許公眾參觀AGLAE，但允許從事文化遺產(chǎn)工作的研究人員經(jīng)常來(lái)訪。帕切科說(shuō)：“我們非常非常幸運(yùn)能在這個(gè)環(huán)境中工作，研究這些東西?！?/p>

美國(guó)物理學(xué)會(huì)出版的關(guān)于粒子加速器發(fā)展與應(yīng)用的宣傳冊(cè)中專(zhuān)有一頁(yè)是：“為何盧浮宮博物館地下有臺(tái)粒子加速器？”(資料來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

　　AGLAE作為世界上第一臺(tái)完全致力于文化遺產(chǎn)的粒子加速器，不僅是盧浮宮博物館的掌上明珠，也被法國(guó)政府作為對(duì)歐洲發(fā)展作出的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，它是“歐洲未來(lái)設(shè)施路線圖”中“歐洲遺產(chǎn)科學(xué)研究基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目”的支柱之一。

　　由此想到了我們的故宮博物院，它是中國(guó)最大的古代文化藝術(shù)博物館，藏品已超過(guò)180萬(wàn)件，它是否需要一臺(tái)專(zhuān)用的粒子加速器呢？

　　參考資料：

　　1、Theaccelerator in the Louvre

　　https://www.symmetrymagazine.org/article/may-2015/the-accelerator-in-the-louvre

　　2、IBA in the museum: Why AGLAE

　　https://www.mendeley.com/research-papers/iba-museum-aglae/

　　3、Ion beam analysis of art works: 14 years of use in the Louvre

　　http://projects.itn.pt/VCorregidor/FCT/13.pdf

　　4、AGLAE, the Accelerator Dedicated to Art, Offers Itself a NewYouth

　　http://www.dreambookmark.com/2017/11/23/aglae-the-accelerator-dedicated-to-art-offers-itself-a-new-youth/

　　5、The accelerator under the Louvre

　　http://people1847.rssing.com/chan-8425849/all_p19.html