П.А.Ваганов, Физики дописывают историю, Л. Изд-во Лен. ун-та, 1984.

Содержание:
    От редактора. НТР и исторические науки: истоки, реальность, проблемы
    Введение
    Электромагнитное поле указывает место будущих раскопок
        Как был начерчен план погребенного под землей стадиона в Карфагене.
        Клад сере6рянных монет, найденный электронным металлоискателем.
    Возраст находок - по радиоактивным "долгожителям" и палеомагнетизму
        Были ли питекантроп и синантроп древнейшими людьми?
        Человеку из Олдувейского ущелья около 2 млн. лет.
        Череп под номером 1470: ошибка в оценке возраста - почти миллион лет.
        Той, которую назвали "Люси", - свыше 3 млн. лет.
        Цепочки следов, застывших 3.5 млн. лет назад.
        Палеомагнитные характеристики Улалинки и Азыха - древнейших поселений первобытного человека на территории СССР.
    Датировка событий последних ста тысяч лет
        Амулеты первых неандертальцев
        Каков же адрес первых американцев?
        Где и когда возникли первые земледельцы?
    Стабильные изотопы и микроэлементы говорят о происхождении находок
        Изотопы свинца рассказывают о бронзовом веке.
        Изотопные метки древнегреческого мрамора.
        Европий указывает место "рождения" колоссов Мемнона
        "Ветвящееся дерево" идентифицирует древнеримские амфоры.
    Радиотермолюминисценция проверяет подлинники и выявляет подделки
        Оригинальные изделия и подделки из Хаджилара
        Китайская керамика эпохи династии Тпн - подлинники и подделки.
        Возраст глиняных "пляшущих человечков" выдает "скрываемая" ими энергия.
        Возвращение римской матроны.
        Терракотовые скульптуры периода возрождения и подделки Джованни Бастиниани.
    Ключ к решению вопросов - в изучении состава предметов
        Радиоактивный свинец в красках Вермеера
        Изотопные характеристики красок картин за 600 лет.
        Датирование картин по примесям в белилах.
        Подлинные и поддельные картины Ральфа Блейклока
        Выявление подделок из старинной юронзы.
        Спор о картине Винланда.
        Синтезировали ли кристаллы во времена Нефертити?
        Как ученые приподняли завесу тайны "туринской плащаницы"
    Физика и нумизматика
        Секреты клада, найденного в Асьюте.
        Исследование древнеримских монет.
        Есть ли олово в серебрянных пенсах, отчеканенных в Англии при сыновьях Вильгельма I Завоевателя?
        О чем рассказали арабские и турецкие средневековые монеты.
        Динары "обстреливаются" из кобальтовой пушки.
        Как объяснить избыток серебра в польских монетах начала XVI в.
        Сколько может стоить одноцентовая монета?
    Нейтроны уточняют обстоятельства смерти исторических личностей
        Была ли естественной смерть шведского короля Эрика XIV.
        Прядь волос короля Карла II.
        Странная болезнь Ньютона.
        Исследование обстоятельств смерти первого мэра Цюриха.
        Нейтронно-активационный анализ в исследовании убийства президента Кеннеди.
    Вместо заключения
    Использованная литература
 
 

Изотопы свинца рассказывают о бронзовом веке.

...


...

Изотопные метки древнегреческого мрамора.
...

...
 
 
 

Синтезировали ли кристаллы во времена Нефертити?

Более тридцати трех столетий отделяет нас от древнеегипетской царицы Нефертити, облик которой ныне широко известен благодаря бесчисленным репродукциям с великолепных скульптурных портретов. Точные даты жизни Нефертити и ее супруга Аменхотепа IV Эхнатона, десятого фараона XVIII династии египетских царей, не установлены. Вероятно, Аменхотеп IV был не только супругом Нефертити, но и ее сводным братом --в Древнем Египте престол наследовался по женской линии, фараоном становился муж царевны-наследницы. Начало царствования Аменхотепа IV разные источники относят к 1364 либо к 1372 или даже к 1419 г. до н. э. Это связано с тем, что у древних египтян не было календаря с точно фиксированной датой, и потому все документы датировались с момента вступления на престол нового фараона.

Правление супруга Нефертити продолжалось почти 17 лет и знаменовалось перестройкой всей общественной жизни страны. Аменхотеп IV вступил в борьбу с могущественной знатью и жречеством, исповедовавшим культ верховного божества -- Амона, главный храм которого находился в Фивах. Он провозгласил единственным богом Атона, олицетворявшего солнце, а все старые святилища и храмы приказал разрушить. Фараон-реформатор покинул Фивы и основал новый город на пустом месте, свободном от культов древних богов. Появилось новое жречество, преданное Аменхотепу, в честь бога солнца Атона устраивались пышные церемонии, центром нового культа стал построенный далеко от Фив город Ахтетатон. Фараон и его супруга переменили свои имена, он стал называться Эхнатоном, что означает "Угодный Атону", она -- Нефернефруатон ("Прекрасна красота Атона").

В Ахтетатоне творил придворный ваятель Тутмес, увековечивший в камне царственную чету. Мастерская Тутмеса занимала несколько помещений, в них трудились многочисленные помощники главного скульптора, хранились куски камня различных пород, формовался гипс, готовились краски, отдельно размещались готовые и забракованные статуи. В специальной комнате располагались модели самых лучших творений, среди которых и были чудом уцелевшие бюсты Нефертити, спрятанные от человеческих взоров в течение более трех тысяч лет.

Реформы Эхнатона оказались недолговечными, вскоре после его смерти был восстановлен прежний порядок. Все, что было связано с прославлением божественного солнца, с именами Эхнатона и Нефертити, беспощадно уничтожалось. Город Ахтетатон был превращен в развалины. И лишь мастерской Тутмеса повезло, она пострадала сравнительно немного.

В 1912 г. Германское общество изучения Востока направило в Египет археологическую экспедицию, которую возглавил Людвиг Борхардт. Экспедиция начала раскопки на территории бывшего Ахтетатона, в местности, называемой сейчас Амарна. Никто не предполагал, что здесь будут найдены памятники, которые дадут возможность прочесть неизвестные страницы истории Древнего Египта.

Было уже раскопано множество остатков домов древней столицы Эхнатона, когда в центральной части города археологи наткнулись на кирпичную стену, ограждавшую ряд построек. Почти повсюду им стали попадаться фрагменты статуэток, каменные заготовки для скульптур, гипсовые маски. Это определенно указывало на род деятельности, которой занимались здесь в далекие времена. В конце концов нашли предмет из слоновой кости, по-видимому, часть крышки небольшого ящика, на ней можно было прочесть: "Хвалимый благим богом начальник работ скульптор Тутмес".

Через несколько дней была вскрыта комната с бюстами фараона и членов его семьи. Первым обнаружили сделанный в натуральную величину бюст Эхнатона. Он был раскрашен, но лицо расколото на мелкие куски. Затем удалось найти скульптурные портреты Нефертити. Один из них, как показывала манера исполнения, предназначался быть парным бюсту Эхнатона с разбитым лицом. К счастью, он почти полностью уцелел. Это изображение также сделано в натуральную величину из известняка, местами дополненного гипсом, поверх которого лежат хорошо сохранившиеся краски.

О впечатлении, произведенном этим творением древнеегипетского искусства на археологов, лучше всего судить по дневнику раскопок Людвига Борхардта. В тот день он смог внести в дневник только одну фразу: "Описывать бесполезно - смотреть!".

Особенность скульптурного портрета Нефертити состоит в том, что он изображает супругу Эхнатона в высоком головном уборе, представляющем собой, видимо, парик. Этот убор -- синего цвета, который считался в Древнем Египте цветом волос богов и отождествлявшихся с богами правителей, о чем свидетельствуют иллюстрации на папирусах, фрески, стенная роспись в храмах и дворцах; иероглифами синего цвета писались титулы и имена богов и фараонов. Синие волосы Нефертити схвачены золотой повязкой с самоцветами, на лбу -- золотая диадема, на шее -- разноцветное ожерелье (рис. 37). Закономерен был вопрос: как древнеегипетские мастера добивались столь чистых тонов и каким образом придавали краскам такую поразительную прочность?

В 1920 г. бюст "синеволосой" Нефертити был помещен в один из берлинских музеев, в 1945 г. отряд американских оккупационных войск нашел его в глубокой соляной шахте, где он был спрятан вместе с другими сокровищами. Сейчас этот бюст причисляется к главным экспонатам Египетского музея в Западном Берлине.

Еще в 1923 г. были опубликованы результаты физико-химического исследования состава красок на скульптурномпортрете Нефертити. И хотя возможности использованных тогда аналитических методов были весьма скромными, все же удалось получить указание на то, что в Древнем Египте применялись не натуральные, а искусственные красители. Однако сторонники традиционной точки зрения продолжали считать, что в древности употреблялись исключительно природные краски. Полная ясность в этот вопрос была внесена лишь в 1982 г., после того как кристаллографы из Швейцарского федерального института технологии в Цюрихе Г. Видеманн и Г. Бауэр предприняли детальное изучение красок на скульптурном портрете Нефертити с применением целого арсенала самых современных методов анализа. Главный вывод, следовавший из их работы, -- в Древнем Египте знали секрет синтеза кристаллических веществ, необходимых для изготовления высококачественных красителей [80].

Швейцарские кристаллографы уделили основное внимание синему цвету -- лазури. У египетской лазури свой оттенок, устойчиво сохранявшийся начиная с времен IV династии фараонов, т. е. за 2600 лет до нашей эры. Цвет этой краски близок к окраске известного минерала -- лазурита. Последний, однако, не мог служить для приготовления красителя в нужных количecтвax, поскольку в Египте он редок и издавна высоко ценился. Большие потребности в синей краске вызвали необходимость использования искусственной смеси. Рецепт искусственного приготовления египетской лазури перешел в VI в. до к. э. в Древнюю Грецию, а позже -- к римлянам.

Рис. 37. Скульптурный портрет Нефертити, синяя краска для которого изготовлена путем синтеза кристаллов [80].

 С падением Римской империи, исчезла и знаменитая лазурь, и только в ХIX в. было доказано, что ее химический состав отвечает довольно сложной формуле -- CaCuSi4O10.

Судя по формуле, можно было предполагать, что исходным материалом для египетской лазури служила смесь природных минералов, а именно кальцита или известняка с азуритом и кварцевым песком. Однако было неизвестно, умели ли древнеегипетские мастера создавать кристаллическую форму лазури. Только в том случае, если этот вид краски состоит из микрокристаллов, выращенных в оптимальном режиме, характерные оттенок и яркость будут сочетаться с высокой стойкостью синего цвета. Знали ли в Древнем Египте, в каких соотношениях надо брать исходные компоненты, каковы должны быть температурные условия, какие требуются ингредиенты в качестве катализаторов реакции? С помощью современных методов анализа и контроля удалось не только получить детальные сведения о составе и структуре вещества древнеегипетских красок, но и воспроизвести технологию синтеза кристаллов, которую применяли более трех тысяч лет назад.

В комплекс методов, использованных учеными в Цюрихе, входили рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия и электронное микрозондирование, а также термогравиметрия с дифференциальным термическим анализом. Дирекция Египетского музея в Западном Берлине разрешила взять со скульптурного портрета Нефертити образцы краски. Общая масса образцов составляла всего несколько сотых долей грамма, никакие следы повреждений на экспонате заметить было нельзя. Чувствительность применявшихся методов была вполне достаточной для работы с такими малыми количествами вещества.

Уже первые данные рентгеноструктурного анализа показали, что изучавшиеся образцы имеют бесспорно кристаллическую структуру. Сущность этого вида анализа основана на дифракции рентгеновских лучей. Если пучок рентгеновских лучей направить на порошок, состоящий из множества различно ориентированных, т. е. беспорядочно расположенных, кристалликов, то в образце всегда найдутся такие микрообъекты, для которых будет выполняться условие дифракции. Данное условие определяет способность плоскостей, в которых лежат атомы кристалла, отражать рентгеновские лучи под теми или иными углами. Каждый вид кристаллов обладает собственной характеристикой - постоянной решетки, ее величина обусловливает протекание процесса дифракции. Зависимость интенсивности отраженных лучей от угла у любого вида кристалла своя, при вполне определенных углах наблюдаются максимумы интенсивности, называемые рефлексами. Рефлексы, полученные при анализе синей краски со скульптурного изображения Нефертити, свидетельствовали о присутствии кристаллов кальциево-медного слоистого силиката с химической формулой CaCuSi4O10.

Синтез сложного силиката можно было осуществить, если взять по одной части окислов кальция и меди и четыре части окисла кремния. Тогда реакцию синтеза можно записать в следующем виде:

CaO+CuO+4SiO2=CaCuSi4O10.

Чтобы воспроизвести эту реакцию в тех же условиях, в которых работали древние египтяне, надлежало использовать доступное в те времена сырье. Швейцарские исследователи взяли измельченные известняк и азурит в смеси с кварцевым песком. В дальнейшем оказалось, что пригоден далеко не всякий песок, например песок, привезенный из пустыни, был забракован из-за слишком большого содержания в нем железа.

Смесь медленно нагревали в печи. Располагавшиеся в ней датчики приборов постоянно сигнализировали об изменении массы реагирующих веществ, о температуре и о том, какая обстановка господствует в данный момент - окислительная или восстановительная. По термогравиметрнческой кривой, показывающей зависимость весовых потерь реагирующей смеси от температуры, было видно, что в интервале от 300 до 400 шС шло разложение азурита с образованием окисла меди, а в интервале от 550 до 740шС осуществлялось разложение известняка с появлением окисла кальция. При более высоких температурах начинался синтез окислов меди и кальция с окислом кремния, в результате которого образовывалось красящее вещество ярко-синего цвета.

Опыты по синтезу повторяли много раз, пока не установили все оптимальные физико-химические условия получения высококачественного лазурного кристаллического кальциево-медного силиката. Выяснилось, что температура в печи не должна превышать 1000шС, иначе происходит разложение уже готового вещества с необратимой потерей его цвета. Оказалось, что во время заключительного этапа реакции обстановка в печи должна быть окислительной, в противном случае двухвалентная медь в окисле восстанавливается до одновалентной, а это дает бурый цвет. Если не добавлялись катализаторы, то кристаллы вырастали слишком мелкими, и цвет краски получался бледным. В качестве катализаторов были испробованы поваренная соль, бура, сульфат натрия, папирусный пепел. Все они действовали примерно одинаково, кристаллы в их присутствии росли быстрее и достигали размеров в несколько десятков микрометров, что обеспечивало яркость лазури.

Эксперименты подтвердили реальность получения синтетического красителя требуемого цвета из того природного сырья, которым могли располагать мастера древнего Ахтетатона. Однако синтез сложного вещества со слоистой кристаллической структурой нуждался в строго определенной технологии и в жестком контроле за его процессом. Надо было точно взвешивать исходные материалы, чтобы обеспечить необходимые соотношения между реагирующими веществами; должен был соблюдаться температурный режим -- скорость нагрева не могла превышать шесть градусов в минуту и не могла быть меньше четырех градусов в минуту; нельзя было допускать ни реакции восстановления окисла меди, ни превышения максимальной температуры равной 1000шС; обязательным было применение катализаторов.

Теперь нет сомнений, что практически все это было хорошо известно в Древнем Египте, где в течение многих веков владели секретом изготовления особой египетской лазури, служившей для украшения скульптур, стен зданий, текстов.
 
 

Исследование древнеримских монет.

Древнеримских монет в музейных и частных коллекциях значительно больше, чем древнегреческих. В последние годы древнеримские монеты изучались неоднократно с помощью различных физических методов. Полученные данные проливают новый свет на историю и экономику Древнего Рима.

Обширная коллекция серебряных древнеримски монет -- около 700 экземпляров -- исследовалась английскими физиками Д. Джиббонсом и Д. Лоусоном методом нейтронной активации [45]. Время чеканки практически всех монет было известно более или менее точно, оно охватывало три столетия
существования Древнего Рима. Самая старая монета датировалась 27 г. до н. э. и относилась к правлению Августа, а самая "молодая" появилась в 275 г. н. э., при Аврелиане. Собрание было представительным в том смысле, что в нем находились большие группы монет, чеканившихся при императорах, правление которых было весьма недолгим.

Джиббонс и Лоусон решили измерить во всех монетах содержание одного элемента -- серебра. Деньги в Древнем Риме имели серебряную базу (серебряный эквивалент), поэтому уменьшение количества серебра в монетах близкого достоинства прямо указывало бы на обесценивание денег, на инфляцию. Серебро хорошо активируется нейтронами, и нейтронно-активационным анализом можно обнаружить крайне низкие его концентрации. Но в исследовавшихся монетах серебро служило не примесным, а основным элементом. Поэтому было достаточно облучить коллекцию нейтронами в течение нескольких секунд.

Монеты облучались стопками по 25 экземпляров в потоке реакторных нейтронов плотностью 1012 на квадратный сантиметр в секунду. Врем.я облучения каждой партии составляло 10 секунд. Поскольку серебро интенсивно поглощает нейтроны, приходилось учитывать снижение потока нейтронов, действующих на монеты внутри стопки. Для контроля за этим снижением между монетами помещались одинаковые кусочки серебряной фольги. По активности мониторных фольг можно было судить о величине потока нейтронов, облучавших каждый экземпляр.

В результате захвата нейтронов образуются два коротко живущих изотопа серебра (108Ag и 110Ag, периоды полураспада которых равны соответственно 2,4 минуты и 25 секунд) и один долгожпвущий изомер (110mAg с периодом полураспада в 253 дня). Измерения активности короткоживущих изотопов затруднялись тем, что во всех монетах присутствовала медь, а излучение изотопов 66Cu и 64Cu, периоды полураспада которых составляют 5 минут и 13 часов, создавало в спектрах слишком большой фон. Поэтому определения серебра велись по активности долгоживущего изомера и начинались через несколько дней после облучения, когда оба изотопа меди полностью распались.

Для проверки правильности методики определялись содержания серебра в шестипенсовых монетах чеканки 1872-1873 гг. (время правления королевы Виктории) и 1921-1925 гг. (период правления короля Георга V). В этих монетах концентрация серебра известна. Она составляет 92,5% в викторианских и 50% в монетах Георга V. Нейтронно-активационный анализ выявил (92,2+/-1,8)% содержания серебра для первых и (50,6+/-0,4)% для вторых монет. Таким образом, использованная методика была безусловно правильной и точной.

Количество серебра в древнеримских монетах варьировало в широких пределах - от 3 до 70%. Но самым интересным было закономерное его снижение при переходе от более ранних к более поздним датам чеканки. Эта закономерность отчетливо видна на рис. 39.

Максимальное содержание серебра в монетах (70-60%) отмечается в период с 30 г. до н.э. по 54 г. н.э. в эпоху правления императоров от Августа до Клавдия. При Нероне (54-68 гг. н. э.) концентрация серебра снижается до 55%, а зaтeм вновь немного повышается в монетах императоров Гальбы, Отона, Вителлия,
Веспасиана, Тита. При Марке Аврелии который был римским императором с 161 по 180 г, содержание серебра еще близко к 50%, но после него оно резко уменьшается. Наблюдаемая тенденция точно соответствует началу упадка Римской империи, росту экономических трудностей и расширению масштабов разорительных войн. Новое сокращения концентрации серебра характерно для времени после правления Каракаллы (211-218 гг.). Известно, что после 230 г. в истории Древнего Рима наступает период внутренних распрей и военной анархии. Это была пора, когда легионы воевали друг с другом, чтобы выдвинуть императором своего ставленника -- нередко престол доставался тому, кто мог за него больше заплатить. Однажды в течение восьми лет сменилось 12 императоров. И к 275 г. содержание серебра в монетах уменьшилось до 3%.

Таким образом, исследование древнеримских монет выявило колоссальную инфляцию, отражавшую важнейшие события в истории Древнего Рима.

В 1975 г. английский исследователь Р. Флит предложил определять содержание серебра в монетах довольно простым способом - через измерение их удельной теплоемкости. А спустя год он опубликовал данные по изучению древнеримских монет, полученные таким путем. Количество монет, проанализированных Флитом,. было значительно меньшим по сравнению с обследованным Джиббонсом и Лоусоном, но установленные ранее закономерности, в общем, подтвердились.

Каждый металл обладает собственной удельной теплоемкостью. У золота она равна 126 Дж/кг*град, у серебра - 235, у Meди - 390 Дж/кг*град. Удельная теплоемкость сплава прямо связана с удельной теплоемкостью металлов, входящих в его состав. Так, если медно-серебряный сплав имеет удельнуюя
теплоемкость 273 Дж/кг*град, легко подсчитать, что в нем должно быть 75% серебра и 25% меди.

Для измерения удельной теплоемкости монеты нужен калориметр -- пластиковый сосуд с водой, снабженный термометром и мешалкой. Флит нагревал монету в струе пара, затем быстро переносил ее в калориметр, где предварительно была измерена температура воды. Горячая монета отдавала тепло,
температура воды в калориметре повышалась. Примерно через полминуты устанавливалось тепловое равновесие, в этот момент температура снова измерялась. Зная начальные температуры воды и нагретой монеты, температуру установившегося равновесия, массу и удельные теплоемкости воды и калориметра, а также массу монеты, можно составить уравнение теплового баланса, а из него рассчитать удельную теплоемкость сплава монеты. По измерениям удельной теплоемкости монет с известными содержаниями серебра и меди легко построить калибровочный график, который служит для определения соотношения между этими металлами по данным калориметрии.

В опытах Флита температура измерялась с точностью до сотой доли градуса, а в результаты измерений вносились необходимые поправки, например на зависимость температуры кипения воды от атмосферного давления. Это обеспечило высокую точность измерений удельной теплоемкости монет, относительная погрешность их составила - 3%.

Флит исследовал монеты Древнего Рима, представлявшие различные периоды его истории. Список начинали монеты времен республики, 1 в. до н.э., и завершали монеты середины III в. и. э. Закономерное и все более ощутимое обеднение серебром в монетах поздней чеканки четко прослеживается по
данным табл. 2. Самые высокие концентрации серебра характерны для республиканских монет, а ускорение темпа инфляции приурочено к середине II в. н. э. Как прежние, так и новые данные свидетельствуют о том, что к середине III в. н. э. содержание серебра в римских монетах снизилось до 20%.

Таблица. 2
Содержание серебра (в %) в 41 древнеримской монете, относящейся к периодам республики и империи, по данным измерения их удельной теплоемкости [34]
Император
Ориентировочные годы чеканки
Количество монет 
Содержание серебра
 
Республика
   
 
90-88 до н.э.
2
94-87
 
Империя
   
Марк Антоний
42-30 до н.э.
7
96-77
Вителлий
69 н. э.
1
84
Веспасиан
69- 79 н. э.
2
82-80
Домициан
81-96 н.э.
1
89
Нерва
96-98 н. э.
2
87-77
Адриан
117-138 н.э.
4
89-65
Антоний Пий
138-161 н.э.
3
86-69
Марк Аврелий
161-180 н.э.
2
70-65
Септимий Север
193-211 н.э.
6
49-33
Каракалла
198-217 н.. э.
2
49-43
Элагабалус
218-222 н. э.
4
47-35
Север Александр
222-235 н.э.
3
30-27
Траян Дециус
249-251 н. э.
1
24
Валериан II
253-255 н. э.
1
19

Нужно сказать, что методика исследования монет, предложенная Флитом, будучи очень простой, не лишена недостатков.

Ее можно применять в строго ограниченных случаях. Дело в том, что измерения удельной теплоемкости позволяют судить о содержании серебра, только если монеты состоят из биметаллического сплава. Если же в сплаве не два, а три компонента или даже больше, методика оказывается непригодной. Строго говоря, сплавы, из которых изготавливались монеты в Древнем Риме, не являлись биметаллическими. В те времена еще не умели должным образом очищать выплавлявшиеся из руд металлы от посторонних примесей, поэтому кроме основных элементов -- серебра и меди -- в монетах, хотя и в существенно меньших количествах, присутствуют другие элементы. Сравнив результаты Флита по монетам определенного исторического периода с такими же данными Джиббонса и Лоусона, нетрудно заметить, что метод удельной теплоемкости даст, в целом, несколько большие значения, нежели метод нейтронно-активационного анализа. Эти расхождения и объясняются тем, что в подвергнутых анализу монетах присутствуют не только серебро и медь. Поскольку метод нейтронной активации может применяться для изучения элементного состава любых сплавов, его результаты следует рассматривать как более точные и надежные.

В 1972 г. на II Международной конференции по применению активационного анализа в криминалистике голландские исследователи Ван Дален и другие сообщили об обнаруженных ими случаях "античных" подделок древнеримских монет [75]. На этот раз было изучено еще большее количество серебряных монет -- около двух тысяч -- из королевской коллекции в Гааге. Все монеты относились к I в. до н.э., т.е. охватывали последнюю фазу Римской республики и начало империи. Масса и размеры монет этой эпохи одни и те же: масса -- 0,8 г, диаметр -- 11 мм, толщина -- 2 мм.

Для облучения использовался пониженный поток нейтронов, его плотность составляла 2,5*1010 на квадратный сантиметр в секунду, время облучения равнялось двум минутам. Эффект снижения (депрессии) нейтронного потока контролировался и учитывался для каждой монеты. Как и раньше, количество серебра выявлялось по его долгоживущему изомеру 110mAg. Кроме серебра в монетах определялись содержания меди и золота.

Результаты анализа позволили установить, что значительная доля коллекционных монет, считавшихся серебряными, на самом деле лишь с поверхности покрыта серебром (плакировка). На это указывают данные табл.3, из которой видно, что примерно каждая пятнадцатая монета содержит менее 10% серебра, остальное приходится на медь. Голландская королевская коллекция монет -- одна из старейших в мире, и ее образцы в подавляющем числе случаев па протяжении веков рассматривались как подлинные. Нейтронно-активационный анализ засвидетельствовал, что число подделок существенно больше выявленного прежде, причем многие из фальшивых монет изготовлены, по всей
вероятности, еще в античные вречена.

Таблица 3
Содержание серебра (в %) в 1776 древнеримских монетах I в. до н. э. по данным нейтронно-активационного анализа [75]
Группа монет Число монет в группе Относительная доля группы и коллекции Содержание серебра
I 11470 83.3 >90
II 108 6.1 80-90
III 20 1.1 50-80
IV 61 3.4 10-50
V 108 6.1 <10

Интересное нумизматическое   исследование   выполнено П. Мейерсом, который использовал для облучения монет не реактор, а ускоритель заряженных частиц -- синхроциклотрон Института ядерной физики в Амстердаме [65]. В этом ускорителе протоны разгоняются до энергии 30 МэВ и могут вызывать разнообразные ядерные реакции. Если в синхроциклотроне ускорять не протоны, а дейтоны, то можно, применяя бериллиевую мишень, на которой происходит реакция (d, n), получить пучок быстрых (с энергией более 30 МэВ) нейтронов.

Мейерсом изучена крупная коллекция музейных монет -- золотых, серебряных и медных. Большую часть ее составляли древнеримские монеты. В золотых монетах определялись примесные концентрации серебра и меди, для этого монеты облучались пучком протонов. При взаимодействии ускоренных протонов с ядрами серебра происходит реакция 107Ag(p, pn)106mAg. Образовавшийся изомер серебра имеет период полураспада 8.3 дня, распад его сопровождается гамма-излучением с энергией 513 кэВ. По интенсивности эгого излучения можно судить о количестве серебра. Бомбардировка протонами ядер меди вызывает несколько реакций: 63Cu(p,pn)62Cu, 63Cu(p,n)63Zn и 63Cu(p, 2n)62Zn. Возникшие в них радионуклиды с периодами полураспада, равными соответственно 9.8; 38 и 9.3 минуты, испускают
позитроны, которые после аннигиляции дают гамма-излучение с энергией 511 кэВ. По интенсивности этого излучения определяют содержание меди.

В табл. 4 приведены измеренные содержания серебра и меди в пятнадцати золотых монетах, относящихся к правлению двух римских императоров: Домициана (81-96 гг.) и Траяна (99-117 гг.). Данные, полученные активацнонным анализом показывают, что три из пятнадцати монет являются фальшивыми. Действительно, в подлинных монетах Домициана содержание серебра варьирует довольно сильно (0.14-0.49%), но никогда не перекрывает 0,5%; количество меди в этих монетах также меняется, но не превосходит 0,1%. Между тем в образце 6 концентрация обоих примесных элементов гораздо выше, что и свидетельствует о фальсификации.

Таблица 4
Содержания серебра и меди (в %) в золотых древнеримских монетах эпохи императоров Домициана и      Траяна по данным нейтронно-активационного анализа [65]
Образец Император Дата чеканки, 
год н.э.
Серебро Медь Примечание
1 Домицитиан 85 0.49 0.04 Подлинная
2 Домицитиан 85 0.49 0.05 Подлинная
3 Домицитиан 85-86 0.14 0.02 Подлинная
4 Домицитиан 85-86 0.20 0.02 Подлинная
5 Домицитиан 88-89 0.46 0.08 Подлинная
6 Домицитиан 81-84 1.10 0.90 Подделка
7 Траян 103-111 3.70 1.60 Подделка
8 Траян 103-111 0.47 0.06 Подлинная
9 Траян 103-111 0.25 0.02 Подлинная
10 Траян 103-111 0.17 0.01 Подлинная
11 Траян 103-111 0.34 0.01 Подлинная
12 Траян 114-117 1.00 0.03 Подлинная
13 Траян 114-117 0.36 0.02 Подлинная
14 Траян 114-117 0.39 0.07 Подлинная
15 Траян 115-117 1.80 1.30 Подделка

При Траяне в золотые монеты, по-видимому, стали добавлять больше серебра: в образце 12 концентрация его равна 1%, однако о подлинности монеты говорит низкое содержание меди. В образцах 7 и 15 количество серебра и особенно меди значительно выше, чем в остальных монетах времени Траяна.
Эти две монеты, следовательно, нужно считать поддельными.

В медных древнеримских монетах Мейерс определил целый ряд примесных элементов, использовав пучок быстрых нейтронов. Ядерно-физические характеристики нуклндов, служивших для анализа, даны в табл. 5.

А вот в табл. 6 представлены результаты определения семи примесных элементов в медных монетах -- сестерциях -- эпохи императора Адриана (117-138 гг.). Содержания этих элементов весьма малы: концентрация цинка не превышает 0,2%, а мышьяка - 0,00002%. Нейтронно-активационный анализ позволил предположить, что одна монета (образец 6) - фальшивая. Если количества цинка, сурьмы и олова в ней не отличаются в среднем от концентраций этих элементов в других монегах, то по содержаниям свинца, никеля, мышьяка и железа наблюдаются четкие различия. Например, содержания свинца н никеля в 3-4 раза выше максимальных концентраций этих элементов в других монетах. Таким образом, как установил Мейерс, подделывались не только золотые и серебряные, но и медные монеты. Однако во всех случаях подделка "выдает" себя аномальными концентрациями примесных элементов.

Таблица 5
Ядерно-физические характеристики, используемые для анализа  при облучении образцов быстрыми нейтронами [65]
Опредедяемый элемент
Ядерная реакция
Период
полураспада
Измеряемая энер-
гия g-излучения, кэВ
Цинк 67Zn(n,p)67Cu
66Zn(n,2p)65Zn
61 час
245 дней
186
Олово 118Sn(n,2n)117mSn
117Sn(n,n' )117mSn
14 дней
14 дней
1115
Свинец 204Pb(n,2n)203Pb 52 часа 159
Мышьяк 75As(n,2n)74As 18 дней 280
Сурьма 123Sb(n,2n)122Sb 2.7 дня 596
Никель 58Ni(n,p)58Co 71 день 564
Железо 56Fe(n,p)56Mn 2.6 часа 850
Таблица 6
Содержание примесных элементов (в %*10-4) в древнеримских монетах эпохи императора Адриана по данным нейтронно-активационного анализа [65]
Образец
Цинк
Олово
Свинец
Никель
Мышьяк
Сурьм
Железо
1 15.8 1.50 0.86 0.07 0.06 0.13 0.17
2 12.7 0.49 1.50 0.09 0.07 0.19 0.38
3 12.0 <0.01 0.22 0.07 0.07 0.17 0.27
4 11.8 0.01 0.19 0.09 0.05 0.17 0.20
5 10.0 0.46 1.30 0.10 0.07 0.22 0.38
6 11.3 1.60 4.40 0.39 0.18 0.21 0.95
7 14.9 0.18 0.35 0.10 0.06 0.14 0.32
8 10.2 0.02 <0.10 0.11 0.05 0.13 0.16
9 13.3 0.01 0.11 0.11 0.05 0.16 0.25

Значительный интерес представляет также работа французских ученых, посвященная исследованию римских монет первой половины IV в. н. э. Как известно, в 285 г. Римская империя разделилась, Диоклетиан отдал ее западную часть Максимиану, оставив себе восточную. Через восемь лет, чтобы лучше защищать границы обширного государства, Диоклетиан ввел тетрархию. Римом стали править четыре человека, к двум императорам (августам) добавились два цезаря: Констанций Хлор и Галерий. Констанций получил Галлию, Испанию и Британию. Константину (сыну Констанция и его жены, христианки Елены), который был провозглашен императором в 306 г., пришлось вести кровавую борьбу со своими соперниками, в особенности с Лицинием, сменившим Галерия на посту правителя Восточной Римской империи (Диоклетиан отрекся от престола в 305 г.). В 325 г. Константин разбил Лициния и сосредоточил всю полноту власти в своих руках. Французские физики применили для исследования монет времен Константина нейтронно-активационный анализ. Источником нейтронов служил 252Cf -- изотоп трансуранового элемента калифорния, излучавший более 2 млрд. нейтронов в секунду. При спонтанном делении изотопа 252Cf испускаются быстрые нейтроны, для их замедления использовался слой полиэтилена. Пневматическое устройство подавало монету на облучение, которое продолжалось пять минут, затем это же устройство направляло активированную монету к регистрирующему блоку. Последний включал германиево-литиевый полупроводниковый детектор и анализатор импульсов; на измерение активности одной монеты затрачивалось 10 минут. Определялись содержания серебра, меди, олова и золота. В общей сложности было исследовано свыше двухсот монет, относящихся к почти тридцатилетнему периоду правления Константина. Для большинства монет удалось установить не только время выпуска, но и место чеканки [25].

В 315 г. концентрация серебра в римских монетах едва достигала 4%, а в последующие годы она продолжала снижаться. В 320 г. император   Константин установил новое серебряное содержание своих монет - 2%. Но в это же время его соперник Лициний произвел еще одну девальвацию, в результате в монетах, выпускавшихся на территории Восточной Римской империи, серебро фактически исчезло. Это четко фиксируется диаграммой, изображенной на рис. 40. На ней виден "провал" в содержании благородного металла в монетах восточной чеканки, которые приурочены к концу правления Лициния. С другой стороны, диаграмма показывает, что после 325 г., когда Лициний был побежден и лишен власти, содержание серебра в монетах обеих частей Римской империи выравнялось. Между 330 и 335 гг. концентрация серебра в монетах Константина опять снизилась с 2 до 1%, однако в период с 335 по 337 г. (дата смерти Константина) наблюдается небольшое увеличение сереброносности римких денег. В это время Рим уже потерял свое значение, в 330 г. Константин перенес столицу империи в Византию, которая стала называться Константинополем.
 
 

Использованная литература

25. Barrandon J.N., Callu J.P., Brenot C. The analysis of Constantinian coins (a.d. 313-340) by non-destructive californium-252 activation analysis. - Archaeometry, 1977, vol. 19, #2, p.173-186.
34. Fleet R.J. The application of specific heat in the detection of debasement in ancient silver-copper alloy coins. - Archaeometry, 1976, vol. 18, p.117-120.
45. Gibbons D., Lawson D. An investigation of the silver content of Roman coinage by neutron activation analysis. - In: Modern trends in activation analysis. NRS spec. publ. 312. Washington, 1969, vol. 1, p. 226-229.
65. Meyers P. Non-destructive activation analysis of ancient coins using chargedd particles and fast neutrons. - In: Modern trends in activation analysis. NRS spec. publ. 312. Washington, 1969, vol. 1, p. 230-245.
75. Van Dallen V., Das H.A., Zonderhaus J. Nondestructive examination of Roman coins by neutron activation analysis. - J. Radioanalyt. Chem., 1973, vol. 15, p. 143-149.