موارد استفاده از لیزر در مرمت آثار تاریخی

لیزر نور تقویت شده به وسیله نشر القایی پرتوهاست. نور لیزر از امواج الکترومغناطیسی موازی با طول موج یکسان تشکیل شده که به معنای تکفام، یعنی یک دسته نور یکرنگ است. به این طریق می توان مجموع انرژی را بر روی یک سطح مقطع بسیار کوچک (در حد چند میلی متر) متمرکز کرد. نوع برهمکنش لیزر با مواد و مصالحی که بر روی آن کار می‌شود، به وسیله طول موج و شدت پرتو تعیین می‌شود و این دو عامل، شاخصی برای گذار یا انعکاس پرتوهای لیزر هستند. پرتو لیزر را می‌توان هم به صورت پیوسته و هم به صورت پالس‌هایی (ضربه‌هایی) با طول اثر معین تولید کرد که نوع اخیر برای امور مرمتی بسیار مهم است. از جمله موارد استفاده لیزر در مرمت، هولوگرافی(تصویر سازی سه بعدی) برای مستند سازی آثار، تمیز کردن سطوح مختلف و آشکار کردن لایه‌های پنهان نقاشی دیواری است.

 هولوگرافی(تمام نگاری)

 هولوگرافی یا تصویر برداری سه بعدی، در کنار دیگر روش‌های تصویربرداری نوری مانند عکسبرداری با پرتوهای زیر قرمز، فرابنفش و نور مریی برای مستند سازی و مطالعات آسیب‌شناسی اشیاء تاریخی به کار می‌رود. امروزه دو روش هولوگرافی برای آزمایش‌های غیر مخرب جهت ثبت جزییات اشیاء وجود دارد که عبارتند از روش هولوگرافی تصویری و هولوگرافی تداخل‌سنجی هولوگرافی تصویری، مانند یک عکس معمولی بر روی صفحه‌ای تخت قرار می‌گیرد، ولی وقتی تحت زاویه خاصی به آن نگاه کنیم، تصویر سه بعدی و عمق‌دار به نظر می‌رسد. هولوگرام روی فیلم‌های عکاسی خاص ثبت می‌شود. بخشی از یک پرتو لیزر که پرتو شیء نامیده می‌شود برای تصویربرداری از شیء به آن تابانده می‌شود، و از روی شیء به صفحه‌ تصویر باز می‌تابد. بخش دیگری از پرتوهای لیزر که پرتو مرجع نامیده می‌شود، از روی آینه نیم شفافی بازتاب پیدا می‌کند و مستقیماً بر صفحه ثبت تصویر تابیده می‌شود. صفحه، الگوی حاصل از دو پرتویی را که با یکدیگر تداخل می‌کنند ثبت می‌کند. زمانی که هولوگرام توسط یک پرتو لیزر مرجع روشن می‌شود، الگوی دقیق پرتو شیء بازآفرینی می‌شود. این روش برای مستند سازی اشیاء تاریخی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که اشیاء تاریخی تحت تأثیر تغییرات محیطی واقع می‌شوند، هر گونه ترک آشکار یا پنهان در آنها می‌تواند موجب ایجاد تنش‌های موضعی در شیء شده و تخریب‌های جزیی یا وسیع در آن را موجب گردد. مثلاً نقاشی‌های آبرنگ روی گچ، وقتی تحت تأثیر تغییرات دوره‌ای رطوبت یا نم قرار گیرند، لایه‌های زیرین یا رویی آنها دچار تغییرات میکروسکوپی شده که مقدمه‌ای برای تخریبهای اساسی در این نقاشیهاست. مطالعه این تغییرات نیاز به تجزیه و تحلیل و شناسایی تغییر مکانهای سطوح در محدوده‌های میکرونی دارد و برای به تصویر کشیدن شرایط یک شیء باید از روشی سریع با حساسیتی بالا استفاده کرد. روش تداخل سنجی هولوگرافی، روشی مناسب برای بررسی این‌گونه تغییرات است. علاوه بر اندازه‌گیری تغییر مکان‌ها و ترکها در نقاشیهای دیواری، این روش همچنین برای تعیین و شناسایی ترکها در انواع اشیاء موزه‌ای مانند نقاشیهای روی بوم یا پانلهای چوبی، اشیاء فلزی، سفالی و نقاشیهای روی گچ کاربرد دارد. در این روش از تکنیکهای مختلفی برای بررسی تنشها و شناسایی ترکهای کوچک روی کارهای بزرگ استفاده می‌شود. هدف از تداخل سنجی هولوگرافی، مقایسه ویژگیهای موجی نور ساطع شده توسط شیء مورد مطالعه در یک زمان با موج دیگری از همان شیء در زمانی دیگر (مثلاً چند ماه یا چند سال بعد) است. اگر در بین این دو مرحله زمانی، شیء دستخوش تغییراتی بر اثر نیروهای مکانیکی، تأثیرات مخرب رطوبت و یا دما قرار گرفته باشد، می‌توان با مقایسه دو هولوگرام ثبت شده به این تغییرات پی برد. از مزایای این روش، غیر مخرب بودن و حساسیت بالای آن است. از آن جا که طول موج پرتوهای نور لیزر که در این روش مورد استفاده قرار می‌گیرند، عمدتاً در محدوده طول موج پرتوهای نور مریی است، هرگونه تغییر یا ترک در محدوده‌های میکرونی قابل مشاهده است.

 تمیز کردن سطوح به وسیله لیزر

 گذشته از تصویربرداری سه بعدی و روش‌های تجزیه عنصری به وسیله لیزر، به کمک این پرتوها می‌توان لایه‌های به ضخامت چند نانومتر را از اشیاء جدا کرد. این لایه‌ها شامل لایه‌های چربی و گردو غبار و کثافت روی اشیاء یا لایه‌های خوردگی روی فلزات یا لایه‌های رنگ قدیمی هستند. برای تمیز کردن سطوح با استفاده از لیزر، قبل از شروع کار باید سطح شیء به خوبی بررسی شود. ترکیبات شیمیایی، نوع تخریب، درجه هوازدگی، و فرسایش سنگ باید دقیقاً تعیین شود. بدین منظور باید آزمایشهای کاملی از شیء به عمل آید و دلایل تغییرات یا آسیبهای موجود در آن به خوبی شناسایی شود. به طور کلی هر مرمتگری که قصد استفاده از لیزر برای تمیز کردن سطوح و لایه‌برداری را دارد باید از ابتدا تصور صحیحی از نتایجی که در رابطه با اهداف مرمتی با استفاده از لیزر به دست خواهد آمد، داشته باشد. مرمتگر باید به خوبی با روش‌های سنتی و جدید مرمت آشــنا باشد. در جدا کردن لایه ها با پرتو لیزر، باید این پرتوها توسط لایه‌ها به نسبت خوبی جذب شوند. عمل جذب بستگی به ترکیب لایه‌ها یعنی به مواد و مصالح به کار رفته در شیء و نیز بستگی به طول موج و شدت پرتو لیزر دارد. پس از جذب پرتو در سطح شیء، انرژی جذب شده تبدیل به گرما شده و به سرعت لایه نازکی از سطح به ضخامت چند نانومتر تبخیر می‌شود. این بخار با سرعت بسیار زیاد در جهتی که پرتو فرود آمده، از سطح شیء دور می‌شود از آنجا که لیزرهای مورد استفاده در مرمت، لیزرهایی هستند که پالس‌هایی (ضربه‌هایی) با مدت زمان مؤثر تولید می‌کنند، می‌توان فر‏آیند پرتودهی و زمان رسیدن پرتو به سطح شیء و مدت زمان تأثیر آن را تنظیم کرد. از آنجا که در لایه رویی شیء، آن بخش از انرژی لیزر که برای جداکردن آن لایه لازم است جذب می‌شود، جریان انرژی منتقل شده و جذب شده، به دلیل آستانه تبخیر کاهش یافته و به لایه‌های زیرین صدمه‌ای وارد نخواهد آمد. گذشته از آن، چون مدت زمان تأثیر پرتوهای لیزر بسیار کمتر از ثابت زمانی هدایت گرمایی است، عمق گرمای هدایت شده در زیر لایه تبخیر شده فقط چند نانومتر (قابل مقایسه با یک ورقه بسیار نازک طلا) است. به این ترتیب، امکان ایجاد یک منطقه صدمه دیده بر اثر بالا رفتن دما، بسیار کم است. البته در مورد جدا کردن لایه‌ها با لیزر باید به نکات دیگری نیز توجه کرد. مثلاً بخارهای ایجاد شده در محیط کار باید به وسیله هودهای قوی از محیط کار دور شوند. مسائل ایمنی در استفاده از لیزر از اهمیت زیادی برخوردارند. مرمتگران باید اطلاعات کافی در این باره داشته باشند. از دیگر مسائل مهم، انجام دادن پژوهش‌های بنیادین و نیز آزمایشهای اولیه و آسیب‌شناسی دقیق شیء مرمتی است. در آزمایشاتی که تاکنون انجام شده، اگرچه نتایج خوبی در رابطه با تمیز کردن سنگ، برداشتن لایه‌های کثیف از روی نقاشی‌ها و برداشتن لایه خوردگی از روی اشیاء فلزی حاصل شده، اما صدماتی نیز به برخی اشیاء وارد آمده که لازم است به آنها توجه شود. مثلاً آزمایش نشان داده است که شدتهای بالا موجب خرد شدن بلورهای کوارتز می‌شود که در بررسی‌های میکروسکوپی نیز این مسئله تأیید شده است. یا در برخی از سنگها (مانند اسمالت)، بر اثر استفاده از لیزر، تغییر رنگ کاملا مشهود است(حتی در شدتهای پایین)، که این روند غیرقابل بازگشت است. بلورهای اسمالت پس از پرتودهی با لیزر، ساختار بلوری خود را از دست داده و ساختاری آمورف (آریخت) پیدا می‌کنند. بررسی‌های انجام شده به روش پراش پرتو ایکس نیز نشان داده است که امکان تغییر ساختار بلوری رنگدانه‌ها بر اثر پرتو لیزر وجود دارد. به خصوص در تمیز کردن یا آزادسازی لایه‌های پنهان نقاشی باید به تغییر رنگ رنگدانه‌ها و تأثیر پرتو لیزر بر روی بست و دیگر مصالح توجه شود. مثلاً در آزمایشی که بر روی نمونه‌های نقاشی دیواری انجام شد، تغییر رنگ قرمز هماتیت به خاکستری در شدتهای بسیار پایین مشاهده شده است. در مورد سفید گچی، هیچگونه تغییری مشاهده نشده است. در نقاشیهای رنگ و روغن، به دلیل وجود بست روغنی که انرژی پرتوها را با درصد بسیار بالایی جذب می‌کند، پرتوهای لیزر صدمات جدی بر روی لایه‌های رنگ اصلی ایجاد کرده‌اند. در برخی نقاشیهای آبرنگ، پرتوهای لیزر باعث تیره شدن رنگدانه‌های معدنی قرمز و زرد (شنگرف و سرنج) و کمرنگ شدن رنگدانه‌های نیل شده‌اند. در انتها تأکید می‌شود که استفاده موفقیت‌آمیز از لیزر، به نوع مسئله مرمتی که پیش روست و به مواد و مصالحی که با آن کار می‌شود بستگی دارد. از آنجا که این فن‌آوری هنوز در حال پیشرفت و تکامل است، لازم است پژوهشهای بنیادینی درباره فر‏آیند تأثیر پرتوها و مواد و مصالح به کار رفته در اشیاء تاریخی و نیز درباره عواملی که عمق نفوذ و فاصله شیء تا لیزر را تعیین می‌کند انجام شود.

 منابع

 ۱- سوولتو، اوراسیو، ۱۳۷۱،«اصول لیزر»، ترجمه اکبر حریری، مرکز نشر دانشگاهی، تهران.

 ۲- اندروز، دیوید، ۱۳۷۶، «لیزرها در شیمی»، ترجمه رامین رامبد، مرکز نشر دانشگاهی تهران.

 ۳- Boon, P. and V. Markov, (1995) “Examination of Museum Objects Means of Video Hologrophy” , Studies in Coservation 40 103- 109.

 ۴-“Ist die Lader die Methode dir Zukunft?” ,Restauro 2/96, 96-99.

 ۵- Paoletti, D. (1995) ,“The Potentialof Portable TV Holography Examining Fresco INSITU”, Studies in conservation ,40 , 127-132.

 ۶- Shekede, L. (1997) ,“Laser fuer die Reinigung und Freilegung von Wandmalereien” , Resrauro 3/97 , 1720177.

 ۷- Tyrer, J, R, (1986) “Critical reviw of recent development in electronic speckle pattern interferometry” in: Holographic Non Destrutive Testing, PSPIE 60, 95-111.

۸- Weidemann, G,. (1997) “Laserabtragen dunner Deckschichten”, Institutsprojekt des Fraunhofer – Institute fuer Werkstoffphysik und Schichttechnologie

بیشتر بدانیم:

1. فرم ها و چک لیست هاي ضروري براي مهندسین ناظر ،طراح و مجری
2. محاسبات سرانگشتی ویژه مهندسین عمران
3. مشاوره مهندس ناظر