石质文物清洗效果评估的方法与思考
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【关键词】 石质文物 清洗 清洗效果检测 评估
前言
随着我国经济的迅猛发展，国家对历史建筑和文物保护的资金投入越来越大。石质文物 表面污染物等病害的清洗技术也越来越受到文物保护行业和修复者的关注。
石质文物一般包括石窟造像、摩崖题刻和各种石建筑及构件，例如:石塔、石桥、石牌坊、 石栏杆等。广义地讲，也涵盖了砖石结构的历史建筑。相对于馆藏石质文物，处于野外的大型 石 质文 物 ，由于 各种 原因 更 容 易 附着 、沉 积 或 生 成 各种 生物 、沉 积 物 和 风 化 产 物 ，如 地 衣 杂 草、烟尘土垢、水溶性盐、各色水锈、难溶性硬壳，以及从前保护修复处理的残留物等。其中一 些物质，例如水溶性盐等，具有加速岩石风化的作用；还有的物质，例如过多的烟尘土垢等， 会妨碍石刻艺术价值的展示。石质文物表面清洗的目的是除去其表层有害于基底岩石或妨 碍文物展示的物质。
因此，λ0 仅仅是一个表征值，表征在某一个管电压下，可能获得的最小波长，表征其穿
透能力，亦即线质的硬软性。λ0 越小，则射线的穿透能力越强，λ0 越大则线质越软。图三中
连续 X 射线强度最大处的波长约为 λ0 的 1.5 倍。
基于文物的材质、厚度、结构及检测目的的多样性、复杂性，合理地选择 X 射线源的种类
声波在被检测的物体中传播
时，纵波的走时是速度 v（x，y）和几 何路径的函数，对于第 i 条射线，若
图二 网格化模型示意图
射线的走时为 ti，则有下列积分式：
ti=∫Ri 1/v（x，y）ds（i=1，2，...，n） 式中:n 为射线的总条数；Ri 为第 i 条射线的路径。
（1）
如图二所示，将被检测区域离散成一系列规则的网格单元。由于划分的单元较小，可以
另设异物衰减系数为 μ′，穿过异物处的透射线强度为 I′透，则由式（3）可得:
I′透 =Iλe-μ（T-△T）-μ′△T
（5）
再有（5）式与（3）式相比得:
I′透 /I 透 = Iλe-μ（T-△T）-μ′△T /Iλ·e-μT=e（μ-μ′）△T
（6）
这个比值是形成底片影像对比度△D 的基础，可表示为:
为被穿透物质的原子序数，ρ 为
被穿透物质的密度。
当被检物原子序数 Z、密度
图四 X 射线检测原理图
ρ 较大时，则需要选择波长 λ 较小 ，即 能 量较 高的 射线 ，使 μ
保持一个适当的值，以获得必要的穿透射线强度；反之，则应选择 λ 较大即较软的射线。
如图四所示的被检物质，假设其内部存在一异物，其厚度为△T。
图一 超声透射 CT 原理示意图
运 动 学原 理，利 用声 波发 射、接 收
系统在被检测物体的一侧发射，在
另一侧接收，用声波扫描被检测物
体（图一）。用于现场的观测系统为
一 发 多 收 声 系 统 ，即 在 一 侧 单 点 发
射 ，另 一侧 作 扇形 排 列接 收，逐 点
dij
同步沿剖面线移动进行扫描观测。
及相应的调整管电压是至关重要的。射线能量太低，则不能穿透被检物质，能量太高又会过
度穿透，二者均不能获得理想的影像。
4.X 射线成像原理
当 X 射线在穿透物质时会因物质的吸收和散射作用而强度减弱。X 射线的入射强度与
透射强度关系式如下（为简化问题，通常用窄速、单色 X 射线来讨论）:
I 透 =Iλ·
e-μT
相邻区域低，即 μ>μ′，则 I′透 /I 透 >1，此时在底片上形成高黑度的异物影像；当异物的原
子序数比相邻区域高，即 μ<μ′则 I′透 /I 透 <1，此时在底片上形成低黑度的异物影像；而
当 μ≈μ′或△T≈0 时，则不能在底片上形成相应影像，也就无法检测出异物。
式中，K 是与 X 射线管电压有关的
图三 连续 X 射线谱
系数，i 为管电流，Z 为靶材原子序数，U
为管电压。
从（1）式中可看出，X 射线的总强度可以通过调节 X 射线管的管电压和管电流来改变。
X 射线的强度直接影响曝光量，从而决定底片的黑度。通常在确保能穿透物质的情况
下，不要使用过高电压来提高强度，这会导致对比度下降，而应该通过增加管电流或曝光时
△D=γ·lg I′透 /I 透
（7）
式中，γ 为胶片反差因子。
将（6）代入（7）可得:
△D=γ·lge（μ-μ′）△T=0.434γ·（μ-μ′）·△T
（8）
式（8）表 明 ，影 像 对 比 度（△D）与 本 体 和 异 物 衰 减 系 数 差 、异 物 在 射 线 束 方 向 上 的 线 度
及胶片反差因子有关，这些因素是能否在底片上形成影像的关键所在。当异物的原子序数比
（2）打开被污垢堵塞的岩石气孔，恢复水蒸气通道，消除表面可能危害岩石结构安全的 应力；
（3）为随后的维修和保护处理作准备，例如提高石材对保护剂的吸收率和吸收深度等。 因此，石质文物表面污染物的清洗是去除直接破坏因素、缓解劣化速率，使后续保护措 施能够实施的必不可少的工序。同时，石雕和石刻等文物的价值集中表现在表面的精细结构 上，而有害物质往往直接附着在文物本体表面，许多还渗透进表层的微孔和裂隙中，任何不 当处理都会直接危害文物，这就对有害污物的清洗技术提出了更高的要求，许多技术要求都 大大超出了普通工业清洗技术的标准。石质文物的清洗有着自身特殊的要求、特殊的工艺和 特殊的检测评价体系，这些都使石质文物表面清洗成为文物保护修复的最关键的技术之一， 是实施重大石质文物保护工程不可缺少的支撑技术。本文探讨国际上常用清洗效果评估的 方法和技术手段，以及在清洗效果评估中各种因素对其的影响，提出建立石质文物清洗效果 评估体系的思考，其目的是更加规范清洗标准和要求。
从原则上讲，石质文物的表面污垢在一定程度上反映了文物本身久远的历史，按照“保 持原状”或“最少干预”的保护原则，最好不要干涉。但是，许多污染物或沉积物会对文物石材 造成危害而缩短文物的寿命，影响展示效果，妨碍维修保护。通常石质文物表面污染物清除 的目的是：
201
山西博物院学术文集（2011 年）
（1）去除有害于石材和文物展示的物质，如水溶性盐、难溶性硬壳、烟尘灰垢、微生物及 杂草、以前处理的残留物等；
由于年代久远，多数石质文物都存在不同程度的风化，对石质文物的风化程度进行检 测、评估已经成为石质文物保护中一项紧迫的任务，只有正确识别石质文物的风化机理，才 能对其进行有效的清洗。现代的科学仪器检测分析成为石质文物清洗前病害分析评估中的 必不可少的手段。
（一）石质文物表面风化检测并对其评估 1.超声波检测技术及原理 超声波测试属于无损检测方法，不会对石质文物构成危害，可以说是对石质文物的“最 小干预”。超声波频率高、波长短，对石材材质变化的空间分辨可以达到厘米乃至毫米的量 级。更重要的是超声波属于弹性波，超声波在介质体中的传播速度与介质的弹性性状直接相 关；另一方面，石质文物的风化就是石材本身弹性状态的退化，从而超声波波速与石质文物 风化程度之间存在良好的相关性，这是应用超声波对石质文物风化程度进行检测的物理基
（3）
203
山西博物院学术文集（2011 年）
求解方程组（3）就可以得到每个小方格内的声波慢度值，分别取其倒数即得到被测物体 的纵波速度值分布。求解方法有多种，主要有联合迭代法 SIRT、代数重建法 ART、共轭梯度 法、阻尼最小二乘法。本文使用的是 SIRT 法。
求出每个单元的纵波速度后，在现场采集与被测物材质相同的新鲜岩样，测定其纵波速 度。根据国家标准《岩土工程勘察规范》，风化岩石与新鲜岩石的纵波速度之比值可以表征岩 石的风化程度，从而得到被测物的风化现状，波速比与风化程度的关系如表一所示[1]。
石质文物清洗效果评估的方法与思考
郭建
【内容摘要】 石质文物表面污染物等病害的清洗技术是文物保护行业和修复者都十分 关注的关键技术。本文围绕石质文物清洗前后的评估方法，包括超声波检测、X 射线照相、物 理清洗、化学清洗、激光清洗，以及清洗后表面粗糙度检测等，对国内外技术评估方法与现状 进行了综述，并对国内近期的发展趋势进行了评述和思考。
表一
纵波速度比与岩石风化程度的关系
纵波速度比 Kv 风化程度
小于 0.2 残积土
0.2-0.ห้องสมุดไป่ตู้ 全风化
0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-0.9 强风化 中等风化 微风化
0.9-1.0 微风化
3.超生 CT 检测评估技术应用与思考 对于表面齐整的石构件，超声波 CT 基本上能检测表面的风化情况，这样更利于对石质 文物表面病害的判断，进一步确认修复清洗方案。超声 CT 检测在石质文物风化程度上有很 多优点：①穿透能力强，探测深度达数米；②灵敏度高；③确定内部反射体的位向、大小、形状 及性质等方面较准确；④须从一面接近被测物体；⑤可立即提供缺陷检验的物体；⑥操作安 全、设备轻便。 超声波方法在小尺度高分辨率的探测问题中仍然有以下问题值得去思考：①超声 CT 测 试中由于测线边缘和测试表面的射线稀疏导致的波速失真；②由于介质的不均匀导致的射 线弯曲、绕射和 折等现象，给波速重建带来了较大的困难；③如何进一步提高超声波 CT 波 速和射线的有效距离关系，以便充分利用面波信息，更准确地了解面波有效探测深度范围内 石质文物风化程度的空间变化，等等。 （二）石质文物空鼓裂隙检测技术及其评估 X 射线照相技术作为文物检测的常规手段，不仅在世界上许多发达国家得到普遍应用， 而且在我国的文物科技研究中日渐得到重视和普及，为文物研究提供了一个很好的技术支 持。它遵循文物保护的“最小干预”，在我们对文物结构特征不是很明确的前提下，是一种很 好的了解方法，通过 X 射线照相可以看到文物内部的修复痕迹或者断裂层面，这样才能更好 地去做清洗工作。 1.X 射线照相技术的基本概念和工作原理 在文物保护科学研究中，会接触到不同材质和厚度的文物，其内部结构及检测目的也各 不相同。因此，掌握 X 射线照相的基本原理尤为重要，需要针对不同的文物合理地选择 X 射 线的强度、能量、曝光量以及焦距等参数，从而获得理想的检测结果及优质的影像。
间来增加曝光量，从而获得最佳的对比度。
3.X 射线的波长
图三连续 X 射线的谱线中，λ0 表示其最小波长，通常换算可得下列关系式:
λ0=12.4/U
（2）
式中，波长的单位为 10-10m，U 的单位为 kV。
可见，λ0 仅与 X 光机的管电压有关，即管电压越高可获得波长越短、能量越高的 X 光
量子。
一 石质文物清洗前的检测方法及效果评估
石质文物清洗施工的前期工作按常规有以下内容：现场调查、分析石材劣化状况、污垢 种类研究、选择清洗方式、试洗小样、制定施工方案等。
文物除污前期准备工作的重点，是研究选择清污的方法、材料和检测手段。在了解各种 污垢形成、特征以及堆黏结机理的基础上，前期工作的主要重点就是认识石质文物的病害、 选择对已劣化文物适宜的清洗方法。
（3）
式中，I 透为透射射线强度，Iλ 为入射射线总强度，e 为自然对数，μ 为物质对射线的衰
205
山西博物院学术文集（2011 年）
减系数，T 为物质的厚度。
可见，当 Iλ、T 一定 时，μ
的大小就决定了 I 透的大小，
而衰减系数 μ 与下列因素有关:
μ≈λ3·Z3 物·ρ
（4）
式 中 ，λ 为 射 线 波 长 ，Z 物
将通过每个单元的射线看成直线，也可以将每个单元中纵波的速度 v（i x，y）看作常数，这样
就可以将积分式（1）离散成线性方程组：
m
移 ti=
dij / v（i x，y）
j-1
（2）
式中:ti 为第 i 条射线的走时；dij 为第 i 条射线穿过第 j 个网格的长度；n 为射线条数；m
为网格数。
令 s=1/v，称为慢度，则式（2）实际上是一个线性方程组：
204
石质文物清洗效果评估的方法与思考
2.X 射线的强度
X 射线是高速电子撞击金属靶因
韧致辐射所产生的高能电磁辐射。基于
X 射线产生的机理，通常获得的 X 射线
呈现连续的能量谱线。典型的连续 X 射
线谱线如图三所示。
实验表明，连续 X 射线的总强度 I
可用下列关系式表示:
λ0
λ
I=KiZU2
（1）
202
石质文物清洗效果评估的方法与思考
础，这一点是其他物理方法无法比
拟的。
2.超声 CT 检测原理
对石质文物的 CT 检测方法借
鉴 了 地 震 层 析 法 ，地 震 层 析 方 法 可
分为体波层析和面波层析，而体波
层析大致分为三种：反射层析、折
射层析和透射层析。以下简介透射 层析方法，即根据声波射线的几何
前言
随着我国经济的迅猛发展，国家对历史建筑和文物保护的资金投入越来越大。石质文物 表面污染物等病害的清洗技术也越来越受到文物保护行业和修复者的关注。
石质文物一般包括石窟造像、摩崖题刻和各种石建筑及构件，例如:石塔、石桥、石牌坊、 石栏杆等。广义地讲，也涵盖了砖石结构的历史建筑。相对于馆藏石质文物，处于野外的大型 石 质文 物 ，由于 各种 原因 更 容 易 附着 、沉 积 或 生 成 各种 生物 、沉 积 物 和 风 化 产 物 ，如 地 衣 杂 草、烟尘土垢、水溶性盐、各色水锈、难溶性硬壳，以及从前保护修复处理的残留物等。其中一 些物质，例如水溶性盐等，具有加速岩石风化的作用；还有的物质，例如过多的烟尘土垢等， 会妨碍石刻艺术价值的展示。石质文物表面清洗的目的是除去其表层有害于基底岩石或妨 碍文物展示的物质。
因此，λ0 仅仅是一个表征值，表征在某一个管电压下，可能获得的最小波长，表征其穿
透能力，亦即线质的硬软性。λ0 越小，则射线的穿透能力越强，λ0 越大则线质越软。图三中
连续 X 射线强度最大处的波长约为 λ0 的 1.5 倍。
基于文物的材质、厚度、结构及检测目的的多样性、复杂性，合理地选择 X 射线源的种类
声波在被检测的物体中传播
时，纵波的走时是速度 v（x，y）和几 何路径的函数，对于第 i 条射线，若
图二 网格化模型示意图
射线的走时为 ti，则有下列积分式：
ti=∫Ri 1/v（x，y）ds（i=1，2，...，n） 式中:n 为射线的总条数；Ri 为第 i 条射线的路径。
（1）
如图二所示，将被检测区域离散成一系列规则的网格单元。由于划分的单元较小，可以
另设异物衰减系数为 μ′，穿过异物处的透射线强度为 I′透，则由式（3）可得:
I′透 =Iλe-μ（T-△T）-μ′△T
（5）
再有（5）式与（3）式相比得:
I′透 /I 透 = Iλe-μ（T-△T）-μ′△T /Iλ·e-μT=e（μ-μ′）△T
（6）
这个比值是形成底片影像对比度△D 的基础，可表示为:
为被穿透物质的原子序数，ρ 为
被穿透物质的密度。
当被检物原子序数 Z、密度
图四 X 射线检测原理图
ρ 较大时，则需要选择波长 λ 较小 ，即 能 量较 高的 射线 ，使 μ
保持一个适当的值，以获得必要的穿透射线强度；反之，则应选择 λ 较大即较软的射线。
如图四所示的被检物质，假设其内部存在一异物，其厚度为△T。
图一 超声透射 CT 原理示意图
运 动 学原 理，利 用声 波发 射、接 收
系统在被检测物体的一侧发射，在
另一侧接收，用声波扫描被检测物
体（图一）。用于现场的观测系统为
一 发 多 收 声 系 统 ，即 在 一 侧 单 点 发
射 ，另 一侧 作 扇形 排 列接 收，逐 点
dij
同步沿剖面线移动进行扫描观测。
及相应的调整管电压是至关重要的。射线能量太低，则不能穿透被检物质，能量太高又会过
度穿透，二者均不能获得理想的影像。
4.X 射线成像原理
当 X 射线在穿透物质时会因物质的吸收和散射作用而强度减弱。X 射线的入射强度与
透射强度关系式如下（为简化问题，通常用窄速、单色 X 射线来讨论）:
I 透 =Iλ·
e-μT
相邻区域低，即 μ>μ′，则 I′透 /I 透 >1，此时在底片上形成高黑度的异物影像；当异物的原
子序数比相邻区域高，即 μ<μ′则 I′透 /I 透 <1，此时在底片上形成低黑度的异物影像；而
当 μ≈μ′或△T≈0 时，则不能在底片上形成相应影像，也就无法检测出异物。
式中，K 是与 X 射线管电压有关的
图三 连续 X 射线谱
系数，i 为管电流，Z 为靶材原子序数，U
为管电压。
从（1）式中可看出，X 射线的总强度可以通过调节 X 射线管的管电压和管电流来改变。
X 射线的强度直接影响曝光量，从而决定底片的黑度。通常在确保能穿透物质的情况
下，不要使用过高电压来提高强度，这会导致对比度下降，而应该通过增加管电流或曝光时
△D=γ·lg I′透 /I 透
（7）
式中，γ 为胶片反差因子。
将（6）代入（7）可得:
△D=γ·lge（μ-μ′）△T=0.434γ·（μ-μ′）·△T
（8）
式（8）表 明 ，影 像 对 比 度（△D）与 本 体 和 异 物 衰 减 系 数 差 、异 物 在 射 线 束 方 向 上 的 线 度
及胶片反差因子有关，这些因素是能否在底片上形成影像的关键所在。当异物的原子序数比
（2）打开被污垢堵塞的岩石气孔，恢复水蒸气通道，消除表面可能危害岩石结构安全的 应力；
（3）为随后的维修和保护处理作准备，例如提高石材对保护剂的吸收率和吸收深度等。 因此，石质文物表面污染物的清洗是去除直接破坏因素、缓解劣化速率，使后续保护措 施能够实施的必不可少的工序。同时，石雕和石刻等文物的价值集中表现在表面的精细结构 上，而有害物质往往直接附着在文物本体表面，许多还渗透进表层的微孔和裂隙中，任何不 当处理都会直接危害文物，这就对有害污物的清洗技术提出了更高的要求，许多技术要求都 大大超出了普通工业清洗技术的标准。石质文物的清洗有着自身特殊的要求、特殊的工艺和 特殊的检测评价体系，这些都使石质文物表面清洗成为文物保护修复的最关键的技术之一， 是实施重大石质文物保护工程不可缺少的支撑技术。本文探讨国际上常用清洗效果评估的 方法和技术手段，以及在清洗效果评估中各种因素对其的影响，提出建立石质文物清洗效果 评估体系的思考，其目的是更加规范清洗标准和要求。
从原则上讲，石质文物的表面污垢在一定程度上反映了文物本身久远的历史，按照“保 持原状”或“最少干预”的保护原则，最好不要干涉。但是，许多污染物或沉积物会对文物石材 造成危害而缩短文物的寿命，影响展示效果，妨碍维修保护。通常石质文物表面污染物清除 的目的是：
201
山西博物院学术文集（2011 年）
（1）去除有害于石材和文物展示的物质，如水溶性盐、难溶性硬壳、烟尘灰垢、微生物及 杂草、以前处理的残留物等；
由于年代久远，多数石质文物都存在不同程度的风化，对石质文物的风化程度进行检 测、评估已经成为石质文物保护中一项紧迫的任务，只有正确识别石质文物的风化机理，才 能对其进行有效的清洗。现代的科学仪器检测分析成为石质文物清洗前病害分析评估中的 必不可少的手段。
（一）石质文物表面风化检测并对其评估 1.超声波检测技术及原理 超声波测试属于无损检测方法，不会对石质文物构成危害，可以说是对石质文物的“最 小干预”。超声波频率高、波长短，对石材材质变化的空间分辨可以达到厘米乃至毫米的量 级。更重要的是超声波属于弹性波，超声波在介质体中的传播速度与介质的弹性性状直接相 关；另一方面，石质文物的风化就是石材本身弹性状态的退化，从而超声波波速与石质文物 风化程度之间存在良好的相关性，这是应用超声波对石质文物风化程度进行检测的物理基
（3）
203
山西博物院学术文集（2011 年）
求解方程组（3）就可以得到每个小方格内的声波慢度值，分别取其倒数即得到被测物体 的纵波速度值分布。求解方法有多种，主要有联合迭代法 SIRT、代数重建法 ART、共轭梯度 法、阻尼最小二乘法。本文使用的是 SIRT 法。
求出每个单元的纵波速度后，在现场采集与被测物材质相同的新鲜岩样，测定其纵波速 度。根据国家标准《岩土工程勘察规范》，风化岩石与新鲜岩石的纵波速度之比值可以表征岩 石的风化程度，从而得到被测物的风化现状，波速比与风化程度的关系如表一所示[1]。
石质文物清洗效果评估的方法与思考
郭建
【内容摘要】 石质文物表面污染物等病害的清洗技术是文物保护行业和修复者都十分 关注的关键技术。本文围绕石质文物清洗前后的评估方法，包括超声波检测、X 射线照相、物 理清洗、化学清洗、激光清洗，以及清洗后表面粗糙度检测等，对国内外技术评估方法与现状 进行了综述，并对国内近期的发展趋势进行了评述和思考。
表一
纵波速度比与岩石风化程度的关系
纵波速度比 Kv 风化程度
小于 0.2 残积土
0.2-0.ห้องสมุดไป่ตู้ 全风化
0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-0.9 强风化 中等风化 微风化
0.9-1.0 微风化
3.超生 CT 检测评估技术应用与思考 对于表面齐整的石构件，超声波 CT 基本上能检测表面的风化情况，这样更利于对石质 文物表面病害的判断，进一步确认修复清洗方案。超声 CT 检测在石质文物风化程度上有很 多优点：①穿透能力强，探测深度达数米；②灵敏度高；③确定内部反射体的位向、大小、形状 及性质等方面较准确；④须从一面接近被测物体；⑤可立即提供缺陷检验的物体；⑥操作安 全、设备轻便。 超声波方法在小尺度高分辨率的探测问题中仍然有以下问题值得去思考：①超声 CT 测 试中由于测线边缘和测试表面的射线稀疏导致的波速失真；②由于介质的不均匀导致的射 线弯曲、绕射和 折等现象，给波速重建带来了较大的困难；③如何进一步提高超声波 CT 波 速和射线的有效距离关系，以便充分利用面波信息，更准确地了解面波有效探测深度范围内 石质文物风化程度的空间变化，等等。 （二）石质文物空鼓裂隙检测技术及其评估 X 射线照相技术作为文物检测的常规手段，不仅在世界上许多发达国家得到普遍应用， 而且在我国的文物科技研究中日渐得到重视和普及，为文物研究提供了一个很好的技术支 持。它遵循文物保护的“最小干预”，在我们对文物结构特征不是很明确的前提下，是一种很 好的了解方法，通过 X 射线照相可以看到文物内部的修复痕迹或者断裂层面，这样才能更好 地去做清洗工作。 1.X 射线照相技术的基本概念和工作原理 在文物保护科学研究中，会接触到不同材质和厚度的文物，其内部结构及检测目的也各 不相同。因此，掌握 X 射线照相的基本原理尤为重要，需要针对不同的文物合理地选择 X 射 线的强度、能量、曝光量以及焦距等参数，从而获得理想的检测结果及优质的影像。
间来增加曝光量，从而获得最佳的对比度。
3.X 射线的波长
图三连续 X 射线的谱线中，λ0 表示其最小波长，通常换算可得下列关系式:
λ0=12.4/U
（2）
式中，波长的单位为 10-10m，U 的单位为 kV。
可见，λ0 仅与 X 光机的管电压有关，即管电压越高可获得波长越短、能量越高的 X 光
量子。
一 石质文物清洗前的检测方法及效果评估
石质文物清洗施工的前期工作按常规有以下内容：现场调查、分析石材劣化状况、污垢 种类研究、选择清洗方式、试洗小样、制定施工方案等。
文物除污前期准备工作的重点，是研究选择清污的方法、材料和检测手段。在了解各种 污垢形成、特征以及堆黏结机理的基础上，前期工作的主要重点就是认识石质文物的病害、 选择对已劣化文物适宜的清洗方法。
（3）
式中，I 透为透射射线强度，Iλ 为入射射线总强度，e 为自然对数，μ 为物质对射线的衰
205
山西博物院学术文集（2011 年）
减系数，T 为物质的厚度。
可见，当 Iλ、T 一定 时，μ
的大小就决定了 I 透的大小，
而衰减系数 μ 与下列因素有关:
μ≈λ3·Z3 物·ρ
（4）
式 中 ，λ 为 射 线 波 长 ，Z 物
将通过每个单元的射线看成直线，也可以将每个单元中纵波的速度 v（i x，y）看作常数，这样
就可以将积分式（1）离散成线性方程组：
m
移 ti=
dij / v（i x，y）
j-1
（2）
式中:ti 为第 i 条射线的走时；dij 为第 i 条射线穿过第 j 个网格的长度；n 为射线条数；m
为网格数。
令 s=1/v，称为慢度，则式（2）实际上是一个线性方程组：
204
石质文物清洗效果评估的方法与思考
2.X 射线的强度
X 射线是高速电子撞击金属靶因
韧致辐射所产生的高能电磁辐射。基于
X 射线产生的机理，通常获得的 X 射线
呈现连续的能量谱线。典型的连续 X 射
线谱线如图三所示。
实验表明，连续 X 射线的总强度 I
可用下列关系式表示:
λ0
λ
I=KiZU2
（1）
202
石质文物清洗效果评估的方法与思考
础，这一点是其他物理方法无法比
拟的。
2.超声 CT 检测原理
对石质文物的 CT 检测方法借
鉴 了 地 震 层 析 法 ，地 震 层 析 方 法 可
分为体波层析和面波层析，而体波
层析大致分为三种：反射层析、折
射层析和透射层析。以下简介透射 层析方法，即根据声波射线的几何