给西安古城墙做“ＣＴ”

人们在医院做CT（计算机断层扫描）检查时，可以从屏幕上清晰地看到人体的骨骼和内脏，但是你能想到，人类可以看到厚厚的古城墙中的“五脏六腑”吗？近日，兰州大学核科学与技术学院、稀有同位素前沿科学中心刘志毅教授团队利用高精度宇宙射线缪子成像技术及相关设备，给西安古城墙做了一次“CT检查”。高精度宇宙射线缪子成像技术有何特别之处，研究人员是如何给古城墙做“CT检查”的呢？一起去看看吧！

先进的缪子成像技术

始建于隋唐时期的西安古城墙，是中国现存历史最悠久、规模最宏大、保存最完整的古代城垣建筑。但历经数百年风雨，西安古城墙也像人体一样，随着时间的推移出现“健康”问题。夏季雨水较多，西安古城墙长时间被雨水浸泡后，部分墙面上出现了裂缝和沉陷的现象，还有一些关键病灶深藏在墙体内部，仅凭肉眼无法观测到。如何检测古城墙内部的情况、有针对性地展开修复工程，成为一个难题。

以前用于检修古城墙状况的方法主要有两种，一种是钻孔法，即通过在墙体上打孔取材，来判断其内部情况。但这种勘探方式会破坏墙体，工作人员后期还需要对损坏部分进行修复。另一种是雷达监测法。雷达的频率越小，探测的深度越深，精度也会越差，成像可能出现偏差；但如果探测的深度太浅，又不能够满足勘探的需要。因此，两种方法都存在弊端。

而新型、环保、安全的高精度宇宙射线缪子成像技术则为人们提供了一种全新的解决方案。缪子是自然界中天然的射线，能量高，既无须放射源，也无须防护。缪子就像下雨一樣从天而降，无处不在，时时刻刻穿透我们的身体。根据估算，每平方米海平面上每分钟会落下10 000个缪子，相当于每1秒钟就有1个缪子穿过我们的手掌。缪子具有极强的穿透能力，能贯穿上千米厚的地层，是一种天然的“探针”，可以对大型物体进行成像和无损检测，在大型文物古迹考古与保护、矿藏勘探、冰川科考、滑坡监测等领域有着广泛的应用前景。

缪子技术助力古城墙“体检”

研究团队本次对西安古城墙开展的观察古城墙内部情况进而有针对性地对其展开修复工程，是国内首次运用缪子成像设备对大型文物古迹进行病灶诊疗。

在病灶诊疗时，首先需要采集缪子数据。研究团队选择了西安古城墙的58号马面区域作为探测目标，共设置了6个测量点，多角度采集缪子数据。根据缪子射线在物体中不同方向的穿透情况，搜集肉眼看不见的缪子计数，进而通过数据分析计算，实现被测物体的三维成像。

研究团队在实际探测过程中，遇到了不少困难，对整个墙体的勘探过程耗时将近4个月。团队需要先把古城墙的模型大致建好，才能进行演算，实现成像。所以确定对58号马面区域开展检测后，团队不断调整模型的尺寸，细化古城墙的轮廓。

对古城墙进行整体测算并不困难，难的是密度异常部分的演算，古城墙中的密度异常体与周边部分有衔接地带，算起来有难度，可能会存在偏差。研究团队测出58号马面区域的北面比较空虚，为了验证这个结果反复推演。最后确定58号马面北墙附近的夯土密度确实较低。

虽然宇宙射线缪子成像探测器具有无接触勘探、不会对勘探物体造成任何伤害等特点，但它的使用受客观条件影响较大，如探测器被放置在室外，经过日晒雨淋，容易出现电路短路、电压波动，或接收信号不稳定等问题。

考古科技化，是一条遥远而艰辛的路。当前，科技成为考古发展新动力，缪子成像技术或将在科技考古领域拥有广阔前景。

（注：本文根据人民日报、科技日报等登载的文章整编。）