‘Gammaspectroscopie toont een soort vingerafdruk van het brons waaruit de herkomst valt af te leiden’
Schematische weergave van de meetopstelling.
© Jos Wassink
Naast de kernreactor van het Reactor Instituut Delft (RID) bevindt zich een labyrint aan gangen en laboratoria. Neutronenspecialist dr. Lambert van Eijck weet hier blindelings de weg. Na een paar klapdeuren en haakse bochten trekt hij een stalen deur open. Stickers waarschuwen voor radioactiviteit en Tl-buizen flitsen aan. In een manshoog paarsgekleurd stalen frame staat een groot zwaard geklemd. Het is 3 kilogram zwaar, 70 centimeter lang, en het staat hier “af te koelen”, vertelt Van Eijck (faculteit Technische Natuurwetenschappen, TNW). Niet letterlijk, want het is niet warmer dan de omgeving, maar er komt gammastraling vanaf. Het is radioactief geraakt door de bestraling met neutronen uit de kernreactor. Het doorstralen met neutronen van historische metalen voorwerpen is een nieuw specialisme geworden van het RID. Zo lichtten Van Eijck en zijn team eerder een Van Leeuwenhoekmicroscoop door uit het Rijksmuseum Boerhaave. In de loop van enkele weken wordt de gammastraling steeds minder waarna het zwaard terug kan naar het Rijksmuseum van Oudheden (RMO) in Leiden.
Ceremonie
“Het is een belangrijk object uit de bronstijd, de periode tussen 2000 en 800 voor Christus”, vertelt prof.dr. Luc Amkreutz, conservator prehistorie bij het RMO en hoogleraar publieke archeologie aan de Universiteit Leiden. “Het is een Europees topobject, waarvan er maar zes in heel Europa zijn gevonden. Twee in Nederland, twee in Frankrijk en twee in Engeland. Dit zwaard is in 1896 aan de rand van een veengebied gevonden bij Ommerschans op een stellage van berkenstammetjes, als een gift aan de goden. Het gaat hier dus om een symbolisch ritueel object, een uitvergroting van iets functioneels het zwaard. Het diende waarschijnlijk als symbool voor het belang van krijgers voor de samenleving en als een manier van communicatie met een godenwereld.” In de reactorhal toont Van Eijck de opstelling waarmee het zwaard is doorgelicht. Het is een stalen stellage waarin het zwaard ingeklemd zat tussen een pijp naar de reactorkern en een neutronencamera. Tijdens de doorlichting werd het zwaard in vijfhonderd stapjes om zijn verticale as gedraaid om tot een driedimensionale reconstructie te komen (tomografie). De maximale hoogte van de bundel was ongeveer 10 centimeter zodat het acht opnamen kostte om het hele zwaard in beeld te brengen.
“In de bronstijd komen de kasten op van krijgers en van leiders”, vertelt Amkreutz. “Zwaarden spelen daarbij een belangrijke rol. Het zwaard is in de bronstijd bedacht en gemaakt, speciaal voor man-tot-mangevechten. Met een speer of pijl en boog kun je ook jagen. Dat doe je niet met een zwaard. Het krijgerschap krijgt een plaats in de samenleving en hoort ook bij de elite. Toch zie je zwaarden nauwelijks terug in graven. Het lijkt alsof het krijgerschap niet aan een persoon gebonden bleef. Het lijkt meer iets dat tijdelijk en verworven was en na verloop van tijd ook weer afgelegd moest worden.”
Tomografie
Op het moment dat de reportage wordt gemaakt, zijn de acht sets van vijfhonderd opnamen nog niet helemaal verwerkt tot een driedimensionale tomografie van het zwaard van Ommerschans. Wel is te zien dat er heel weinig luchtbellen in het brons zitten opgesloten. Eerder werd een tomografie gemaakt van een replica die met de modernste middelen gegoten is. Dat zwaard zit vol met bellen, vooral bij de punt. Het zwaard van Ommerschans heeft er veel minder.
“Dat is een eerste aanwijzing dat het gietproces enorm zorgvuldig verlopen is,” zegt Amkreutz. “Je wilt geen luchtbellen in brons, want dat maakt het zwaard minder sterk en aan oppervlak levert dat gaten op. We moeten constateren dat beide moderne replica’s een stuk slechter zijn dan wat ze drieduizend jaar geleden deden. Dat vakmanschap zijn we kwijtgeraakt.”
Vingerafdruk
De neutronenbundel maakt voorwerpen radioactief. Aangeslagen atoomkernen springen terug in hun grondtoestand en zenden daarbij gammastraling uit. Dat proces heet hier ‘afkoelen’. Het goede nieuws is dat verschillende elementen en isotopen (zelfde element andere atoommassa) hun eigen karakteristieke gamma golflengte hebben die als ‘piek’ in het spectrum zichtbaar worden, en ook hun eigen halfwaardetijd. Daardoor wordt de straling gespreid in de tijd.
“Eerst zie je vooral tin-125 en koper-66”, weet Van Eijck. “Dat is na een half uur weg. Dan komt koper-64. Dan de sporenelementen zoals arseen, zink, antimoon of indium.” Gammaspectroscopie toont dus een soort vingerafdruk van het brons waaruit de herkomst valt af te leiden. Amkreutz vertelt: “Spectroscopie geeft ons informatie over de materiële samenstelling van het zwaard en over de compositie van het brons. Bijvoorbeeld over de verhouding tussen koper en tin. We weten dat deze zes zwaarden veel tin bevatten waardoor ze fel zilverachtig goud geblonken hebben. Er zitten ook sporenelementen in die kunnen aanwijzen waar het brons vandaan gekomen kan zijn. Het lijkt erop dat eenzelfde voorraad brons is gebruikt voor alle zes de zwaarden. Dat ondersteunt het idee dat ze op één plek op één moment gemaakt zijn.” Amkreutz schetst een samenleving van 3500 jaar geleden waarin een levendige ruilhandel bestond tussen verschillende regio’s in Midden- en West-Europa en Scandinavië. Zo werd barnsteen geruild tegen koper, tin, of brons. Handelsroutes waren erg belangrijk voor de welvaart. Archeoloog Amkreutz vermoedt dat de ceremoniële zwaarden een rol hebben gespeeld tussen stammen, goden en de natuur. “We zien dat het zwaard van Ommerschans geofferd lijkt te zijn op het moment dat het landschap enorm aan het veranderen was. Het werd natter en er kwam een forse veengroei op gang die de toegang tot het gebied bemoeilijkte. Op den duur kan dat een bedreiging hebben gevormd voor de handelsroutes. We vermoeden dat het offeren van het zwaard daarmee te maken heeft. Dat het geofferd werd aan de goden in de hoop de natuurlijke veranderingen tegen te gaan of te controleren.”
© RID TU Delft
Van Leeuwenhoeks microscoop doorgelicht
Vijf jaar geleden plaatste dr. Lambert van Eijck een microscoop van Antoni van Leeuwenhoek uit Rijksmuseum Boerhaave in een neutronenbundel van de reactorkern. Tot dan toe was de superieure kwaliteit van zijn microscopen al meer dan 350 jaar een mysterie. “Neutronenstraling is bij uitstek geschikt voor deze taak”, zei Van Eijck indertijd over dit project. “In tegenstelling tot röntgenstralen gaan neutronen gemakkelijk door metalen, terwijl ze ook glas opnemen.” Voor het onderzoek werd het museumobject 24 uur lang 180 graden gedraaid. De computer maakte vervolgens een 3D-reconstructie van ongeveer 500 transmissiebeelden. De neutronenopname van het instrument toonde een dunne lens ingeklemd tussen twee messing platen op het snijpunt van gele haarlijnen. Conservator Tiemen Cocquyt (Boerhaave Museum) concludeerde: “Er was geen sprake van een exotische productiemethode. Van Leeuwenhoek was gewoon zeer bedreven in het polijsten van deze minuscule lensjes.”