低能毛细管X光透镜的研制及其应用于明清官窑釉上彩瓷器彩料的研究

明清官窑釉上彩瓷器是中国古陶瓷艺术的巅峰，其釉料大多采用含铅的熔剂在低温下烧制而成，通过绚丽多彩的釉色和画面广泛地表达艺术内容和艺术效果，为世界人民所喜爱和收藏。由于官窑釉上彩瓷器样品量少且彩料中高含量铅对无损分析的影响，其研究工作一直没有取得实质性突破。利用毛细管对X射线调控的原理研制对0.2-12keV能区的X射线有高传输效率并完全屏蔽14keV以上X射线的低能毛细管X光透镜，屏蔽能量高于铅L线吸收边的X射线对铅L线的激发是无损分析釉上彩瓷器彩料化学成分的有效手段。本项目通过研制低能毛细管X光透镜结合三维共聚焦微区X射线荧光分析，无损定量分析明清官窑釉上彩瓷器彩料的化学组成、元素在彩料表面和深度上分布等，建立明清官窑釉上彩瓷器彩料化学成分数据库，明确明清官窑釉上彩料中铅料、呈色剂和配料含量的计算、烧成工艺、年代特征和变化规律及断代等相关问题，解决考古界和文博界共同关注的热点和难点问题。

明清官窑釉上彩瓷器在中国古陶瓷史中占有重要的历史地位，其釉料大多采用含铅的熔剂在低温下烧制而成，由于官窑釉上彩瓷器样品量少且釉彩料中高含量的铅对X射线无损分析的影响，其研究工作一直没有取得实质性突破。本项目在原先毛细管X光透镜研制的基础上，采用硼含量大于10％的高硼硅玻璃和减小毛细管X光透镜的前焦距（从70mm左右变成目前40-50mm之间）等方法，增大收集X射线管激发出来的X射线的角度，同时减少空气对低能量X射线的吸收，使其低能X射线的强度提高10％，会聚X射线束的焦斑直径在8.4keV（W-Lα线）处70μm—100μm之间。用此种毛细管X光透镜会聚X射线去测量纯铅样品，采用快计数的SDDX射线探测器，其死时间不超过5％。通过对比，本分析方法优于PIXE和SRXRF的结果。.其次，本项目研发了毛细管X光透镜与微焦斑X射线管一体化的集成单元、精度高达1微米的闭环步进电机控制的三维移动台等关键部件，成功研发了毛细管X光透镜聚焦的微束X射线荧光谱仪的样机，供文物样品的无损分析。用自行研发的微束X射线荧光谱仪分析了景德镇出土的明清时期官窑彩绘瓷39块彩料的化学成分，初步建立了明清官窑彩绘瓷器的化学成分数据库，对明清官窑瓷器釉彩料的化学成分、原料特征、烧成工作等方面取得了一些进展。研究表明明清时期高铅彩料属于传统的PbO-SiO2-K2O体系。绿色由着色元素Cu决定；浅黄色由Fe和Cu共同决定；金色由着色元素Au着色。绿色和浅黄色等不同颜色的色调和深浅由Fe和Cu的含量和比例来决定。一块鎏金金鱼样品元素分布分析表明，绘制金鱼的红釉是一种高温釉，而不是低温釉，也就是说碗上的金鱼红色图案是和瓷釉一起在高温下烧制而成，而描绘金鱼鱼鳞图案的金色颜料和金鱼周围的浅黄色和绿色颜料是一种低温釉。此外，清代官窑彩料中彩料中着色元素的纯度较高，除了Mn和Ti以外，几乎不含其他金属杂质元素，而现代彩料中含Cr等金属杂质，此特征可以作为清代官窑彩料真伪的判别参考。本项目研发成功的低能毛细管X光透镜在聚焦软X射线及其应用于生物成像领域、微束X射线荧光分析谱仪的样机和明清官窑彩绘瓷彩料的数据库对文物的无损分析和科技鉴定等领域有着广泛的应用前景。