中国是世界上**具有连续不断悠久历史的文明古国。考古研究对象具有系统性、完整性、民族文化多元性以及时空范围的广阔性和复杂性，为考古与科技考古提供了巨大的实验舞台，是我国考古与科技考古得天独厚的条件。由于这个优势，我国在器物结构、工艺方面的研究也达到了国际水平。我国陶瓷发展的五个里程碑，涉及原料选择精制、窑炉改进和瓷釉进展的发展过程。中国古陶瓷不仅历史悠久，而且生产地区广阔。真是代有名瓷，地有特色。很久以来就吸引着国内外收藏家、观赏家和各大博物馆的高度重视。由于中国古陶瓷在历史、文化艺术和科技上的突出成就，历来就价格不菲并出现仿制品，特别是近来利用现代科技手段精仿的各类名瓷更层出不穷。这就要求考古界和科技界联合起来建立一套多学科综合鉴定模式。这套模式必须能对大件器物进行无损可靠的鉴定。 一 碳十四测年法 碳十四测年法又称放射性同位素（碳素）断代法，一般写作 14 C 。 14 C 断代方法由美国芝加哥大学利比（ Libby）教授于 1949 年提出。 1、碳十四断代法的原理 自然界存在三种碳的同位素： 12C （98.9% ） , 13C (1.19%), 14C (10-10%) ，前两者比较稳定，而 14C 属低能量的放射性元素。 14 C的产生和衰变处于平衡状态，其半衰期为 5730±40 年（现在仍使用 5568±30年）。宇宙射线同地球大气发生作用产生了中子，当热中子击中 14 N 发生核反应并与氧作用便产生了地球上的 14 C 。在大气环境中新生14 C 很快与氧结合成 14 CO2 ，并与原来大气中 CO2 混合，参加自然界碳的交换循环。植物通过光合作用吸收大气中的 CO2，动物又吃植物，因而所有生物都含有 14 C 。生物死后，尸体分解将 14 C 带进土壤或大气中，大气又与海面接触，其中的 CO2又与海水中溶解的碳酸盐和 CO2 进行交换。可见凡是和大气中进行过直接、间接交换的含碳物质都含 14 C 。同时 14 C 又以5730 年的半衰期衰变减小；加上碳在自然界的循环交换中相当快，使得 14 C 在世界各地的水平值基本一致。如果生物体一旦死亡， 14C 得不到补充，其中的 14 C 含量就按放射性衰变规律减少，经过 5730年减少为原来的一半。因此可以计算出生物与大气停止交换的年代 t，即推算出生物死亡的年代。所以，一切死亡的生物体中的残存有机物以及未经风化的骨片、贝壳等都可用 14 C来测定年代。 要说明的是， 14 C测年法基于几个假设条件之上： ① 假设大气中 14 C 的产生率不变。地球上的交换碳近数万年来基本恒定，但 19世纪后半叶工业活动的增加， 20 世纪原子弹的爆炸形成的工业效应、原子弹效应，已减少了大气中 14 C 的含量。 ②假定放射性衰变规律不变，不受任何外界环境的影响，生物样品一旦死亡就停止与碳储存库进行自由交换。半衰期*初为 5568年，近年来推算应为 5730 年。但这个对研究影响不大。 ③ 地球上各交换库中 14 C的放射性比重不随时间、地点、物质种类而改变，这个假设经检验基本成立。国际公认 14 C 测年中的 B 、 P 起算点是 1950年（因为之后人工核爆炸产生的大量 14C 对大气影响很大）， 1850—1950 年间的样品因工业化过程释放的 CO2 使得 14C测年数据稍偏老。 2、碳十四断代法的优缺点 14C断代法是目前***的测年方法，具有许多优点。（ 1 ）测量范围广，可测定 1000—50000 年内的考古样品。（ 2）样品易得，凡是含碳的骨头、木质器具、焦炭木或其它无机**物均可。（ 3 ）对样品要求不严，埋藏条件不要求，取样也很简单。尽管如此，14 C 断代法仍存在一些问题。 ①测量范围有限，受半衰期规律的限制，其*大可测年限不超过四万年，而且样品年龄愈老，愈接近此极限值，测量误差愈大。 ②合适的样品难以采集，要满足纯粹不受污染而且要求一定的重量。如古代样品在埋藏中易受到后代动植物腐烂后的可溶碳化合物的污染；一些珍贵样品不能大量取样。③ 必须使用大量的样品，而且测量时间较长。 ④ 因种种原因，过去大气中的 14 C 放射性水平不稳定、 14 C粒子衰变本身的波动性，那么用现代统一的 C 标准测定的年代不能等同于日历，只能是 14 C年代，现在这个问题已得到解决，即用树木年轮法校正。 3 、现状和应用 中国社会科学院考古研究所在碳 14断代工作的成绩尤为突出，是国内同类实验室中建立时间*长、公布数据*多的一个实验室。由于古陶瓷几乎不含碳，所以 14 C断代法在古陶瓷断代方面失去效用。 4、加速器质谱碳十四测年方法 针对 14 C 测年法的局限性， 70年代末加速器质谱碳十四计数法应运而生，以 1978 年在罗切斯特大学召开的**次国际加速器质谱会议为诞生标志。加速器质谱测年技术（AMS——Accelerator Mass Spectrometry ）与 14 C 年代法原理相同，只是以对碳十四原子计数代替对 β粒子的计数。 AMS 是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物，具有一些优点。首先 AMS 所需样品量少，一般 1-5毫克就足够了，甚至 20-50μg 。其次，**度高，灵敏度可达 10-5 至 10-6 ，误差能达到不超过 0.3%±18年。第三测定年代扩展到 7.5-10 万年。第四，测量时间短，一般几十分钟就可测试一个样品。 还有， AMS 不受环境影响，不象 β 线计数要考虑宇宙光体。 AMS 14C 断代法自问世以来，广泛应用于考古学、古人类学、地质学、物理学、天体物理学、环境科学、生物医学等领域。 AMS 超过 14 C断代法对新石器时代完整年代序列的成就，因其取样少（加速器质谱仪为小样品或含碳量极少的样品）给 14 C分析带来了新的途径，甚至可以解决其他问题，诸如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题。 目前北大考古系有 AMS 。夏商周断代工程，也采用了 AMS 。 二热释光测年法 热释光（Thermoluminescence ，简称 TL）为一种物理现象。它是晶体受到辐射作用后积蓄起来的能量，在加速过程中重新以光的形式释放出来的结果。它可以确定考古遗物的年代，又可对古代文物尤其是古陶器的真伪进行鉴别。 1、热释光测年原理 热释光是陶器中放射性杂质和周围环境发出的微弱的核辐射通，长期作用在陶质器物中产生的一种效应。这些放射性杂质主要有 U 、Th 系列核素和 40K ，以及适量的磷光物质石英等晶体，它们的半衰期很长（大于 109年），故而将它们视为每年提供大小恒定的固定照射剂量的放射源。而陶器中的矿物晶体如石英、长石、方解石等晶格缺陷受到上述放射性核素发出的α 、 β 和 γ 放射照射时，会产生自由电子，这些电子常被晶陷俘获而积聚起来。在石英、长石晶粒被加热到 1500℃以上时，这些被俘获的电子会从晶陷中逃逸出来，并以发光的形式释放能量，即热释光，而石英等晶体就成为磷光体。一件陶器样品加热时发射的热释光越强，其年代越长，反之则短。陶器在烧制过程中，经过500 -1000℃左右的高温，陶器粘土中的矿物晶体释放原来贮藏的热释光。热释光不同于一般加热后的炽热发光，它是放射性能量储存的标志。释放完后，陶器晶体继续接受、贮藏大小恒定的固定辐射能，这些辐射能是陶器烧成后开始增加的，可以作为陶器年龄的标志，换句话说，热释光测定的是样品*近一次受热事件以来所经历的时间。这个辐射能为陶器总的吸收剂量或累积剂量，统称“ 古剂量 ”。然而每件陶器的内部放射性物质含量和外部提供的辐射剂量不一样，况且一旦陶器埋藏在地下，周围土壤放射性射线电对陶器有作用，所以需要测定器物各自的年剂量，即每年提供给陶器中磷光体的辐射吸收剂量。它由陶器内部放射性物质提供的α 、 β 剂量，陶器埋葬土壤提供的 Y剂量和宇宙空间提供的宇宙射线年剂量四部分组成。陶器的热释光总年剂量与陶器烧制后产生的时间成正比。 热释光断代有好几种方法。主要有：（ 1）利用细颗粒测定年代。将样品碎片夹碎，悬浮使之分离，将悬浮的颗粒沉积到圆盘上去测量；（ 2）利用夹杂物测定年代。一般利用陶器中的石英晶体；（ 3 ）前剂量法测定年代。根据灵敏度变化规律测出热释光值。（ 4）还有其他方法，如相减技术、锆石或长石技术、薄片技术等 。 2 、仪器 专门的热释光测定年代装置由加热系统、光测量和微计算机几部分组成。将粉末状样品直接或间接放在电热板上，一旦加热，热电偶（测量加热温度的仪器）将加热的信号输入x-y 记录仪的 x轴，这样，热释光对温度的坐标图就可以在加热过程中直接测得。热电偶的信号同时输入伺服控制系统，以便伺服系统控制通过加热板的变压器电流。光的测量由探测、转换和记录三部分组成。当光打到阴极时，光电材料将光子转换成电子，每一个从光阴极发射的电子到达阳极时已变成几百万个电子，这样在阳极产生一个连续的电子脉冲。阳极输出的信号通过脉冲放大器和甄别器把选择出来的脉冲输入光子率表。率表将信号分成两种，一路转换成电压接入x-y记录仪，另一种信号入峰值积分仪，将需要的光子信号转换成数字信号，输入微机系统，微机系统由同步显示和数据处理两部分软件完成。 3、热释光测年的优缺点 热释光测年法的适用范围广，可从 5000年到 50000 年甚至 50万年不等，可测从旧石器时代的火烧土，*原始的陶器直到近百年的瓷器。测定对象除了陶器火烧土外，也可对燧石、黄土，方解石进行测定。热释光测年法尤其对原始文化的年代确定意义重大，特别是没有14 C 标本或 14 C 标本可疑的遗址，因为陶器作为测试对象不会因发掘时打破层位或乱层现象发生麻烦。 热释光测年法以标本用量少、速度快（几小时）、跨度大而备受欢迎。 热释光*大的优势是古代遗物的真伪签别。制作精美的陶瓷器成为伪造仿造的优选对象。这些文物用传统的鉴定法对其外观、艺术风格、纹饰铭文进行辨别，但相当多的赝品已可以假乱真，这就需要借助现代科技手段作鉴定。如果能够确知某件器物的年代，则对其真伪的签别解决了一个关键性的因素，因为伪造品距今一般不过百年左右，而真品通常在几百年以上，对其年代的测定，热释光是较容易做到的。在这方面，已有学者做了很好的研究和尝试。 缺点就是外来因素影响较大，例如阳光的照射。 4 、误差范围 我们要考虑热释光的**度问题，对古剂量、年剂量影响的各种因素（灵敏度、非线性、饱和等），那么就不但需要**确定天然放射性来源，而且应考虑陶器在历史上实际接受放射性照射条件，如含水量、氢逃逸等影响的因素。只有对上述各种因素作了正确测定和较正后，才有可能使其**达到10% 。而实际上由于多方面因素的影响，这些因素都不可能做到**。同时做热释光方法误差、实验误差和测量误差也不可避免。牛津大学挨特金认为，在*理想的条件下，热释光测年法能达到5% 的相对误差，这样对于 2000 年以内的样品，其**误差可小于 100 年，有可能比 14 C 法**；但在 2000-8000年范围内， 14 C 法要更为**。当大于 8000 年时， 14 C 没有年轮校正曲线，热释光法可与 14 C法相互补充即证 。 热释光年代表示为：年 [± 误差（ P ） ±误差（ α ） ] ， P 为实际误差， α 为可解误差。 5 、现状和应用 上海博物馆从 1975年开始研究古陶瓷热释光测定年代，先后从英国和丹麦引进了国际上*先进的热释光测量装置。王维达研究员一手创建了国内**个 “古陶瓷热释光测定年代实验室 ” ，经过近 30年的潜心研究，建立起一套完整的古陶瓷热释光测量系统，成为我国在该领域的学科带头人。 （ 1）中国社会科学院考古研究所有这方面的仪器。 （ 2）北京大学考古系也有热释光实验室，至今已经测定很多唐代之前的陶器，测定过粘土烧制的陕西唐三彩。 （ 3 ）上海硅酸盐研究所 吴隽博士发表了《用热释光法来测定陶瓷器年代》。 （ 4 ）香港城市大学也有这方面的研究 ，有专家 梁宝鎏 博士。 （ 5 ）有这方面研究的还有： 复旦大学、香港中文大学中科古物鉴证实验室等。 国际上比较有名的有的有 英国的牛津鉴证公司（Oxford Authentication Lab ）、美国的黎明考古实验室（ Daybreak Lab ）、英国牛津大学的 D.Stoneham 、澳大利亚沃勒冈大学地学院热释光实验室等。 三 老化鉴定法 1、老化鉴定法原理 陶瓷表面有一层光滑、明亮、坚硬的物质称为釉。釉是由石英、长石等多种原料混合、粉碎后，施于器物坯胎的表面，再经高温烧结形成的玻璃态物质。人们在实践中发现，尽管某种仿制品，采用了与古陶瓷完全相同的原料配方和烧成方法，如果不经过作旧处理，其釉子的光亮度与透明度要高于古代真品，鉴定专家称其为“贼光”和“火气”。陶瓷鉴定界曾普遍认为，这一差别是由于陶瓷文物长期遭受自然界中各种物质（如空气中的紫外线或土壤中的水和其它酸碱性物质）的物理化学作用，致使釉面受到腐蚀所致。其实这只是原因之一，问题远非如此简单。造成这种差异还有一个更直接更重要的原因，就是产生于釉子内部的“脱玻璃化”现象，也称作自然老化现象。 已有研究告诉我们，经高温熔融形成的釉子，是一种玻璃态均质体。其内部结构是无序的，在自然环境中，呈亚稳定状态。随着时间的推移，它的内部结构会不断自动地进行调整，由无序的亚稳定状态逐步向有序化稳定状态转变，形成微细晶体，这就是釉子的“脱玻璃化”现象，简称“老化”。正是由于釉子存在这种自然“老化”化现象，致使其内部结构随着时间的推移在不断发生变化，表现形式就是其透光性逐渐降低，对光线散射性不断增强。因此古陶瓷的釉面看上去要比新品柔和、温润，时代越久，这种反差就越大。有些品种的古陶瓷，这种“老化”化现象表现得尤为突出，甚至造成釉面出现不同形态的微裂纹。这种微裂纹有的可以用肉眼直接观察到（如汝窑器上的“冰片纹”），有的则要借助现代科学仪器才能发现。造成这种微裂纹的直接原因，是由于在形成显微晶体的过程中，釉子内部会产生内应力不均匀，当这种内应力达到一定强度时就会使釉子内部和表面出现微裂纹。过去人们把古陶瓷釉面上裂纹的形成原因，都归结在陶瓷烧结冷却过程中，胎、釉收缩比例不一致这一点上，其实这种认识是不**的。 釉子的“老化”现象，是陶瓷器自诞生之日起就开始不断发生的一种特有的变化。就象树木的年轮一样，它会随着年龄的增长而不断发展。因此我们也把它形象地称作陶瓷器的“年轮”特征。古陶瓷的“老化”与当前人们所说的“自然旧貌”有着本质的区别。前者是发生在釉子内部，是物质自身内部结构调整的结果，较少受外界物质环境的影响。后者则主要是外部物质对陶瓷釉面侵蚀的结果。受客观条件制约，它可以是自然的，也可以是人为的。这就是古陶瓷“老化”鉴定的理论基础。 2、误差范围 研究中发现，陶瓷釉的老化程度与年龄之间呈一定的函数关系，在*初的150年里老化速度较快，随着时间的推移其老化速度逐渐放慢。以景德镇青花瓷釉为例：新仿品（包括经过各种作旧处理后的瓷器）的老化系数在0.06—0.10之间，绝大多数为0.08；清代末期至民国的产品，老化系数在0.18—0.12之间；明代末期至清代中期的产品，老化系数在0.22—0.16之间；明代早期至中期的产品，老化系数在0.26—0.20之间；元代产品的老化系数在0.24—0.28之间。如果以横坐标表示年代，以纵坐标表示老化系数，按瓷器的不同生产年代及其釉子的脱玻系数来作图，便可以获得釉子老化系数与其生产年代的相关曲线。 通过测定釉子的老化系数来判定古陶瓷真伪，是一种十分有效的科学鉴定方法。它的准确率极高。在研究过程中，科学家们曾试图采用人工方法改变仿品的老化系数，比如向釉内添加催化剂；改变烧成曲线；进行退火处理等，但均未获得成功。也就是说，人们至今尚未找到改变釉子老化系数的人工方法。尽管通过人工处理后有些仿品的釉面与真品十分相似，用肉眼很难区别，但是从老化测试的谱图上看，它们却相去甚远。由此可知老化鉴定法具有较强的抗人为干扰能力。 3、老化鉴定法的优缺点 古陶瓷“老化”鉴定技术与世界上现有的其它鉴定技术比较具有下述特点：1、与传统经验式鉴定方法比较，它的*大优点是弥补了传统鉴定方法上人为主观因素较多的不足，减低了对经验的依赖，使古陶瓷鉴定技术走向数字化。人们要掌握传统鉴定方法，必须经过少则十几年，多则几十年的学习和实践，尽管如此，由于人为主观因素的存在和认识上的差异，就是有数十年鉴定经验的老专家，有时候也可能会作出错误的判断。然而学习古陶瓷“年轮”鉴定技术，只要经过短期培训就能上机操作。这一方法在鉴别真假古陶瓷文物方面的准确率极高。与热释光测年法比较。热释光测年法是于本世纪七十年代由国外引进的鉴定技术，其原理是通过测定陶瓷遭受自然界中γ射线辐射的多寡，来确定其年代。古陶瓷“年轮”鉴定技术与热释光鉴定法相比较，具有许多明显优点。（1）对被鉴定物品无损伤。前者在测试过程中，只是将一束能量不高的光谱照射在陶瓷釉面上，对被鉴定物品无任何损伤。后者则要在被鉴定物品上钻孔取样，造成被鉴定物品受损。（2）鉴定范围广。以北京大学考古系热释光实验室为例。他们至今只能测定唐代之前的陶器，对瓷器和唐代以后的陶器均不能测定。就是唐三彩也只能测定用粘土烧制的陕西唐三彩，而对用高岭土烧制的洛阳唐三彩也无能为力。古陶瓷“年轮”鉴定技术的测定范围要比热释光广泛得多，只要是有釉的陶瓷器均能鉴定。测试数据可靠性强。当今造假者将新烧仿品用钴60等放射性物质进行辐射处理后，就可以使热释光鉴定者作出错误判断。古陶瓷“年轮”鉴定技术就不存这种顾虑。 当然，古陶瓷老化鉴定技术也存在一定不足。从目前获得的实验结果表明，由于不可能详细获得古陶瓷烧成的物理化学环境，也由于目前本研究积累的数据有限，该方法还不能**判断出古陶瓷的制做年代。要想作到这点，必须结合其他鉴定方法进行综合分析。 | 