Начиная с 2017 г. сотрудники Института археологии РАН и Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" работают над проектом РФФИ № 17-29-04129 "Христианские древности Северо-Восточной Руси XIXIII вв.: комплексные исследования с применением нейтронных и рентгеновских методов". Одним из направлений исследований стало применение неразрушающих методов нейтронной и синхротронной визуализации, основанных на взаимодействии проникающего излучения с веществом, для изучения археологических предметов. Объектами для такой работы были выбраны двустворчатые закрытые древнерусские кресты-энколпионы. 3 креста были получены в результате полевых работ Суздальской археологической экспедиции, проанализирован один крест из работ Новгородской экспедиции и один из раскопок Отдела археологии Московской Руси Института археологии РАН.

В работе использовались установки Курчатовского института, расположенные на двух источниках излучения: исследовательском реакторе ИР-8, являющемся источником тепловых нейтронов, и Курчатовском источнике синхротронного излучения. Нейтронная и синхротронная (рентгеновская) визуализация являются взаимодополняющими методами вследствие различной природы взаимодействия излучения с веществом.

Визуализация основана на просвечивании исследуемого объекта пучком излучения и одновременной регистрации, при помощи соответствующего детектора, распределения потока излучения за объектом. За счет неодинакового ослабления пучка при прохождении через образец, имеющий неоднородный химический состав и/или распределение плотностей, формируется теневая картина – радиограмма объекта. При наборе серии теневых картин, полученных при повороте объекта относительно пучка, и последующей математической обработке получается томографическое или трехмерное изображение объекта. Имея трехмерное изображение, можно получить любое желаемое сечение объекта, наилучшим образом отображающее взаимное расположение частей объекта. Также трехмерное изображение может быть использовано для построения 3D моделей объектов, в которых разные составные части окрашиваются в разные цвета, делая изображение внутреннего строения наиболее наглядным.

Методы комплексной радиационной диагностики являются новаторскими для изучения объектов культурного наследия России. В результате сотрудничества ученых были разработаны методики адаптации современных ядерно-физических методов для анализа археологических артефактов, позволяющих применять бесконтактные и недеструктивные способы анализа древних предметов с сохранением точности и достоверности получаемых данных. Такие исследования способствуют более полному раскрытию потенциала одной из наиболее ярких групп средневековой металлопластики как источника информации о культуре средневековой Руси и обеспечивают новый уровень визуализации объектов.

Впервые в мировой практике методами нейтронной и синхротронной томографии было создано 5 виртуальных 3D моделей закрытых крестов-энколпионов, позволяющих увидеть внутреннее строение объектов, документировать наличие и характер распределения вложений в их внутренних полостях, а также зафиксировать степень коррозии створок и ее распространение.

Создание виртуальных и материальных 3D моделей (копий) археологических объектов предоставляет новые возможности для их научного документирования и музейного экспонирования и позволяет на современном высокотехнологичном уровне обеспечить работу с археологическими и музейными артефактами: научный анализ, создание копий, демонстрация для популяризации объектов культурного наследия в сети интернет.

Кресты-энколпионы.

  1. селище Федосьино 1, 2018. Целый закрытый, без оглавия, прямоконечный, гладкий, тип IV.6.1 по А.А. Песковой. Дата – конец XIXII в.

Размеры без оглавия: 45х25х6.5 мм. Сохранились оба запорных штифта в виде расклепанных бронзовых стерженьков. Литье створок по восковой модели из свинцовой латуни. Створки украшены черневым орнаментом: Распятие (лицевая створка) и Богоматерь Оранта (оборотная створка). Энколпион имеет небольшое по объему заполнение в нижней части полости и совсем незначительное в одной из боковых ветвей, состоящее из грунта с включениями. 


Фото энколпиона


3D модель энколпиона. Серым цветом показан черневый орнамент, зеленым – вложение


Томографические срезы


3D модель внутренней полости креста. Энколпион имеет заполнение в нижней ветви и совсем незначительное в одной из боковых ветвей, состоящее из грунта с включениями

  1. селище Сорогужино 2, 2015. Целый закрытый, с оглавием, рельефный с закругленными концами. Размеры без оглавия: 44х25х6 мм. На лицевой створке помещено Распятие, на оборотной – Богоматерь с ладонями, раскрытыми перед грудью: тип III.1.1 по А.А. Песковой. Литье по оттиску готового изделия из оловянной бронзы, изображения нечеткие и затертые. Сохранился верхний запорный штифт в виде бронзового стержня, нижний запорный штифт отсутствовал.


Фото энколпиона


3D модель поверхности энколпиона. Разными цветами показаны разные конструктивные элементы


3D модель энколпиона. Разными цветами показаны участки внутренней коррозии двух створок


Томографические срезы. Внутренняя полость креста-энколпиона примерно наполовину заполнена твердым веществом (грунтом). Грунт распределен по стенкам полости и примыкает к зазорам между створками, в центре креста находятся фрагменты, не закрепленные на стенках

  1. селище Михали 4, 2016. Закрытый, нижние петли и штифт обломаны, без оглавия, гладкий прямоконечный. Размеры: 32х18х4 мм. Литой по восковой модели из многокомпонентного сплава на основе меди. Обе створки украшены центральным рисунком креста, выложенным черневыми инкрустированными полосами. Тип IV.6.3 по А.А. Песковой. Сохранился верхний запорный штифт из бронзового стерженька.


Фото энколпиона


Томографические срезы


3D модель внутренней полости энколпиона, заполненной рыхлым веществом (грунтом), в котором регистрируются более крупные включения, плоские и нитевидные объекты. Разными цветами показаны различные по составу включения

  1. Новгород, 2011, раскоп Власьевский-2, № . Целый, закрытый, с ушком, прямоконечный, рельефный. Размеры без ушка 35х30х4 мм. Крест был отлит из олова с 0.5% примесью меди по оттиску энколпиона. Две створки с одинаковым изображением грубого Распятия были соединены проковкой по краям. Без штифтов. Первая половина XII в.


Фото энколпиона


Томографические срезы


3D модель внутренней полости энколпиона. Контрастным цветом показано расположение содержимого. Просвет межстворчатой полости варьирует от 0.75 до 3.75 мм. В полости содержится вещество, возможно имеющее органическое происхождение

  1. Москва, Новодевичий монастырь, 2017. Целый, закрытый, с оглавием, рельефный. Размеры без оглавия 86х51х8-10 мм. На лицевой створке в центре — «Распятие Христово» с поясными изображениями предстоящих Богоматери и апостола Иоанна Богослова. На концах перекладины — поясные изображения святителей Василия Великого и Григория Богослова, на нижнем конце — великомученика Никиты, побивающего беса. На оборотной створке в центре изображен архидиакон Стефан. На концах — поясные изображения святителя Николы Чудотворца и мученика Мины, преподобных Сергия и Никона Радонежских. Крест отлит из оловянно-свинцовой бронзы. Дата – вторая половина XVI – первая половина XVII в. 


Фото энколпиона


Томографический срез. В центральной и нижней частях внутренней полости просматривается некоторое количество мелких частиц, некоторые из которых имеют узкую продолговатую форму (0.75-1.50 мм в длину), похожих на нити или волокна


Томографические срезы запорных штифтов. Верхний запорный штифт расположен параллельно плоскости створок, а нижний – перпендикулярно. Внутри штифты полые и, по всей видимости, изготовлены из скрученных листов металла толщиной около 0.6-0.8 мм


3D модель энколпиона. Зеленым показаны участки интенсивной коррозии, желтым – остатки вложения


Визуализация надписи, скрытой под слоем коррозии

Е.С. Коваленко, М.М. Мурашев, К.М. Подурец, Э.А. Грешников,
Н.А. Макаров, И.Е. Зайцева, Л.А. Беляев, О.М. Олейников