Autour de Spiennes

un blog des mines préhistoriques et du Néolithique en Belgique

ZS. KASZTOVSZKY - COLD NEUTRON PROMPT GAMMA ACTIVATION ANALYSIS—A NON-DESTRUCTIVE METHOD FOR CHARACTERIZATION OF HIGH SILICA CONTENT CHIPPED STONE TOOLS AND RAW MATERIALS
Le journal “Archeometry” de l’université de Oxford, publie cet article ( en accès libre ce mois : http://www.blackwell-synergy.com/toc/arch/50/1 ) , qui pourrait permettre de déterminer l’origine géographique du silex, et donc d’identifier chaque objet au travers de sa composition chimique exacte. Chaque artefact posséderait alors une sorte d’”ADN chimique” ou d’”empreinte digitale”, qui permettrait de connaître son origine, et/ou de grouper objets de même provenance de manière univoque.

La matière première des artefacts peut être très particulière, en ce qui concerne la composition chimique ou d’autres caractéristiques, ce qui autorise l’analyste à établir une “empreinte digitale” de chaque objet. Dans certains circonstances, l’origine, ou la région d’origine, de l’outil, peut être établie.
Ces considérations ont conduit l’auteur à effectuer des recherches poussées du potentiel de l’analyse par détection directe de gammas produits par activation dans le faisceau (Prompt Gamma Activation Analysis, PGAA). Cette technique donne la composition chimique du matériau examiné, et en requiert pas de manupulation particulière du matériau. De plus, cette technique d’analyse nucléaire est non destructive, parce que le faisceau de neutrons utilisé est de basse énergie, et les émissions radioactives sont de très courte durée.

La conclusion du travail n’est pas aussi optimiste…

D’après nos mesures, les données relatives à l’obsidienne et au porphyre feldspathique semblent être discernable par la technique du PGAA, et permettent l’identification des sources archéologiques. En ce qui concerne les échantillons de silex, qui ont une haute teneur en SiO2 (en donc une concentration très basse en éléments autres), l’identification des catégories individuelles, pour ne pas mentionner celle des sources individuelles, s’est révélée beaucoup plus difficile, et requiert des études spécifiques au moyen d’autres techniques. Une approche possible est d’identifier au microscope les fossiles et d’effectuer d’autres investigations géochimiques, afin d’identifier les traces d’éléments.

The raw material of the artefacts can be fairly specific in respect of chemical composition and/or other qualities, which allows the analyst to ‘fingerprint’ individual raw materials: in
fortuitous instances, the source, or source region, of the tool can be defined.
These considerations have led us to carry out extensive investigations of the potential of prompt gamma activation analysis (PGAA). The technique gives bulk composition data and requires no special sample preparation procedures. Above all, it can be regarded as an absolutely non-destructive nuclear analytical method, because of the low intensity of the external neutron beams (10ˆ6 - 10ˆ8 cmˆ-2 sˆ-1) and the rapid decay of radioactive products.
PGAA can be applied to bulk analysis of various kinds of material. It has been successfully used in archaeometrical studies of polished stone tools (Szakmány and Kasztovszky 2004), ceramics (Kasztovszky et al. 2004) and also metal objects (Kasztovszky et al . 2005). Although the number of available neutron sources (mostly research reactors) is limited, the role of applied neutron research is still considerable, or even growing. Besides the Budapest PGAA facility, a new European experimental station at the FRM-II Research Reactor in Garching, Germany, is currently being installed (Kudêjová et al . 2005). Other important PGAA laboratories are operating successfully, or will soon be installed, outside Europe (Lindstrom and Révay 2004).
In the case of silica-based geological samples, the major residual radioactivity results from the decay of 28 Al and 56 Mn, with half-lives of 2.25 min and 2.58 h, respectively. Therefore, the samples can be restored to the collection within a few days following analysis.

According to our measurements, obsidian and Szeletian felsitic porphyry data seem to be adequately separable by PGAA, allowing the source identification of the archaeological
implements. With silex samples, which have a very high SiO2 content (and, consequently, low
concentrations of other elements), the identification of individual categories, let alone individual
sources, turned to be more difficult and requires more specific studies involving other techniques.
One possible way is to perform microscopic identification of occurring fossils and further
geochemical investigations, mainly for the determination of the trace elements.