Исследования о влиянии света

Характер физико-химического воздействия оптического излучения на материалы и вещества существенно зависит от длины волны диапазона излучения, определяющего как степень вредного воздействия излучения на видовые свойства и материалы художественных экспонатов, так и конкретный перечень пигментов и материалов по степени устойчивости. Поэтому целесообразно рассмотреть раздельно особенности воздействия коротковолнового и длинноволнового диапазонов оптического излучения.

Влияние спектральных характеристик светового режима

Эта область оптических излучений, содержащая наиболее высокие энергетические уровни, в большей степени способствует разрушению и старению облучаемых материалов, вызывая протекание различных необратимых химических реакций.
Фотохимические процессы приводят к изменению видовых свойств красок и физических свойств облучаемых предметов. Если повреждение внутренней структуры материалов является результатом действия ультрафиолетового излучения, то красители изменяются не только под действием ультрафиолетовых лучей, но и от воздействия фиолетового и голубого излучения.

В процессе изменения красок под воздействием коротковолнового излучения наблюдается выцветание пигментов масляной живописи, темперы, графики, пастели, акварели, красителей тканей. Светостойкость пигментов однозначно не определяется даже такими обобщающими характеристиками, как рецептура, связующие, способ нанесения, а зависит от значительного числа дополнительных факторов:
-Почти все механизмы обесцвечивания связываются с участием других соединений, в частности, атмосферного кислорода и паров воды
-Важно также физическое состояние частиц пигмента и его размещение в материале
-Уменьшение размеров частиц пигмента приводит к возрастанию скорости обесцвечивания
-При размещении красителя только по поверхности материала (например, волокна), где он постоянно подвержен воздействию света, кислорода и влаги, происходит более быстрое его обесцвечивание, чем в случае внедрения его в глубокие волокна.

Воздействие света на лаки и масла в красочных слоях картин вызывает сложные физико-химические процессы, имеющие свою специфику. Известное с течением времени обесцвечивание картин связано с увеличением прозрачности красочного слоя вследствие увеличения показателя преломления масла до значения показателя преломления диспергированных в нём пигментов.
Происходящее под воздействием коротковолнового излучения (фоторазрушение материалов, образующих структуру объекта (например: бумаги, тканей, дерева и др.), представляет большую опасность для сохранности художественных экспонатов, чем изменение их цветности.

Непосредственным внешним признаком воздействия света
на бумагу, ткани и дерево является пожелтение их поверхности. Одновременно изменяются и их физические свойства, отмечается уменьшение или исчезновение механической прочности, повышение хрупкости, лопаются красочные слои, прозрачные покрытия, лаки, применяемые для предохранения живописи. Например, хлопок, подвергнутый действию коротковолнового излучения, кислорода и влажности утрачивает уже через три месяца 40–60 % своей первоначальной прочности.

Ультрафиолетовое излучение активно воздействует на тонкослойные материалы с повышенным влагосодержанием. Ультрафиолетовые лучи, разлагая воду на свободные радикалы, ускоряют процессы окисления материалов.
В целом органические вещества значительно менее устойчивы к коротковолновому излучению, чем неорганические. В соответствии с данными Международного совета музеев (ИКОМ), различные органические компоненты по уровню стойкости могут быть представлены в виде ряда, в порядке убывания этой характеристики: целлюлоза, пигменты, прозрачные смолы, прозрачные краски для лессирования, пергамент, кожа, слоновая кость, бумага, льняное масло в картинах, кружева, шёлк, джут, рафия, хлопок, лён, шерсть.

Различные типы используемых в музейном освещении источников света обладают различной фотохимической активностью, определяемой содержанием в спектре доли коротковолнового излучения. В таблице 1.1 приведены коэффициенты относительной вредности воздействия различных источников света на светочувствительные материалы при одной и тон же освещённости.

Таблица 1.1


















Наиболее вредным по фотохимическому действию является естественное освещение, характеристики активности которого существенно зависят от состояния облачного покрова, наклона солнца над горизонтом и др. При этом, как следует из данных таблицы, прямое излучение самого Солнца менее вредно, но обычно выделяется работниками музеев как вредное из-за высокой интенсивности. Различные типы люминесцентных ламп содержат относительно высокие доли коротковолнового излучения в спектре с повышенной фотохимической активностью. Наименее вредными по фотохимическому действию являются светодиодные источники света.

Влияние коротковолнового диапазона излучения (ультрафиолетовая область и фиолетово-голубая часть видимого спектра)

Относительная вредность излучения различных источников света для музейных экспонатов

Влияние длинноволновый диапазон излучений (инфракрасная область и жёлто-красная часть видимого спектра)
















Изменение значений относительной влажности приграничного слоя воздуха при нагревании предметов















































































Спектральные характеристики для различных источников света

Длинноволновый диапазон излучений, содержащий фотоны малых энергий, как правило, не вызывает протекание фотохимических реакций в освещаемых объектах, но оказывает так называемое термическое воздействие на экспонаты.
Поглощаемая часть длинноволнового излучения обычно преобразуется в тепло, что приводит к повышению температуры объекта выше температуры окружающего воздуха. Температура поверхности объекта и сопредельного слоя воздуха толщиной в несколько миллиметров выравниваются, что снижает относительную влажность вокруг экспоната по сравнению с остальным воздушным объёмом.
В таблице 1.2 приведены уровни уменьшения относительной влажности в приграничном с нагретой поверхностью объекта слое воздуха. Снижение уровня относительной влажности и повышение температуры поверхности экспоната способствуют ускорению процессов старения.

Таблица 1.2










Увеличение температуры особенно нежелательно для материалов, чувствительных к теплу (краски, воск и др.), причём предмет нагревается более значительно, если его окраска тёмного цвета. У большинства экспонатов, особенно на основе органических веществ, увеличение температуры непосредственно не вызывает фотохимических реакций, однако может существенно влиять на процессы старения (реакции окисления и другие типы химических реакций). Увеличение температуры среды на 10 °C примерно вдвое увеличивает скорость повреждения произведений искусства.

Особенно чувствительны к термическому воздействию излучения предметы из гигроскопических материалов, таких как древесина, растительное волокно, живопись на дереве или тканях, скульптура из слоновой кости, пергамент, рукописи, кожа, вяжущие вещества и клей.
Влагосодержание этих материалов непосредственно зависит от относительной влажности окружающего воздуха, а всякие изменения влажности в структуре экспоната ведут к изменению его объёма. В результате возникают внутренние напряжения, деформация, растрескивание, отслоения, особенно в предметах из неоднородных материалов. Суточное цикличное включение и выключение освещения вызывает постоянную смену внутриструктурных напряжений. Опасность подобного рода повреждений осложняется ещё тем, что иногда они обнаруживаются не непосредственно, а только при ударе экспоната или его транспортировке.

Пожелтение лаков происходит из-за окислительных реакций, активированных длинноволновой (красной) частью видимого излучения, а также ближней инфракрасной областью спектра. По этой причине большинство природных лаков в темноте имеет тенденцию к быстрому потемнению, вследствие чего хранение картин в абсолютно тёмных помещениях нежелательно. В то же время отмечается, что воздействие коротковолновой части видимого света (синефиолетовой) способствует высветлению даже пожелтевшего слоя лака.

При равных освещённостях экспонатов нагрев их поверхности существенно зависит от типа применяемого источника света и определяется соотношением в его излучении доли длинноволновых излучений. На рис. 2.1 представлены зависимости прироста температуры оптически чёрных поверхностей, освещаемых различными источниками света, в функции освещённости.
















Эти данные указывают на наиболее высокую степень термического воздействия лампы накаливания. Энергетический баланс ламп накаливания обеспечивает преобразование лишь 9–13 % подводимой энергии в излучение видимого диапазона. Важно отметить сравнительно низкий эффект термического воздействия прямого солнечного света. Существуют различные методы фильтрации или селекции излучений. При подавлении составляющих вредного воздействия и. соответственно, изменении характера спектра излучений необходимо учитывать сохранение допустимых условий качества зрительного восприятия.
На рис. 2.1 отсутствует зависимость прироста температур при использовании светодиодных источников, но учитывая уровень генерации светодиодами ИК излучения показанный в таблице 1.3
и уровень световой отдачи современных белых светодиодов 120 лм/Вт, она будет совпадать
с зависимостью от использования люминесцентных ламп при мощности светодиодного источника
в 120 Вт.

Таблица 1.3












































Прежде всего, целесообразно максимально уменьшать излучение в невидимых глазом диапазонах спектра – ультрафиолетовом и инфракрасном. Причём наиболее актиничный ультрафиолетовый диапазон спектра излучений должен исключаться в первую очередь. Это осуществляется как за счёт выбора наименее «агрессивного» источника света для того или иного класса материалов и окраски экспонатов по светостойкости, так и использования селективных оптических фильтров из различных материалов на пути распространения света от источника к освещаемому экспонату. В музейной практике применяются специальные ультрафиолетовые фильтры, снижающие уровень УФ излучений, теплозащитные фильтры, снижающие уровень ИК излучений и фильтры комплексного действия. Принципиальные способы фильтрации могут быть отнесены к различным по цветовым характеристикам экспонатам.

Ахроматические не светостойкие экспонаты (например, графика, рукописи, тексты на пергаментах и бумаге, фотографии и др.) эффективно экспонируются под светом источника жёлтого цвета или за жёлтым светофильтром. Освещение жёлтого цвета не содержит вредные составляющие сине-голубой части видимого спектра и способствует визуальному различению мелких деталей за счёт повышения остроты зрения.
При освещении одноцветных экспонатов (в частности, некоторых изделий декоративно-прикладного искусства) необходимо учитывать физическую природу формирования цвета при зрительном восприятии. Впечатление о той или иной цветовой окраске наблюдаемого объекта создастся за счёт того, что его поверхность отражает лишь определённые длины волн спектрального диапазона, тогда как другие составляющие поглощаются с протеканием реакций старения материала экспоната. Вследствие этого освещение одноцветных экспонатов светом той же цветовой гаммы способствует повышению их сохранности при экспонировании.

Имеются и определённые возможности варьировать характеристики спектрального распределения излучения при освещении полихромных экспонатов. Экспериментальные исследования позволили установить эффективность тональных светофильтров (в частности, голубого, нейтрального и бронзового тонов) при освещении плоских полихромных экспонатов. Более холодный или тёплый оттенок излучения по-разному передаёт детали и композицию живописи, в ряде случаев способствуя повышению эмоционального эффекта по статистическим экспертным оценкам. При этом сохранность экспонатов может быть повышена в 2–4 раза.

Рис. 2.1
Зависимость прироста температур оптически черной поверхности (Δt) освещаемого объекта в функции освещенности (Е) от различных источников света:
1 – зеркальная лампа накаливания 150–300 Вт;
2 – галогенная лампа накаливания 500 Вт;
3 – лампа накаливания холодного пучка с интерференционным покрытием 150 Вт;
4 – люминесцентная лампа 40 Вт;
5 – солнечные лучи, проходящие через оконное стекло

Пояснение: УФ - ультрафиолетовое (излучение); ИК - инфракрасное (излучение); С - синий; Г - голубой; З - зеленый;
Ж - желтый; О - оранжевый; К - красный.
CRI — это индекс цветопередачи, который показывает, насколько точно источник света отображает цвета по сравнению с естественным солнечным светом. Чем выше CRI, тем натуральнее выглядят цвета в помещении.

Влияние освещённости на сохранность экспонатов

Другой важной характеристикой световой среды в музейной экспозиции является плотность светового потока, падающего на зону экспозиции. Скорость старения и разрушения памятников прямо пропорциональна интенсивности освещения в любом спектральном диапазоне, вследствие чего эта величина подлежит строгому нормированию в музеях.

В соответствии с физиологическими особенностями зрения, уровень видимости рассматриваемого глазом объекта, размер и контраст которого с фоном определены, целиком зависит от уровня яркости, следовательно, освещённости, обеспечиваемой осветительной установкой. Нижняя граница уровней освещённости обычно соответствует значению 30 лк, являющемуся порогом цветоразличения. Предельные значения освещённости обычно определяются требованиями сохранности памятников и соответственно регламентируются светостойкостью экспонатов.

Степень вредного воздействия излучений на экспонаты определяется суммарной дозой световой энергии, воздействующей на них в течение всего периода освещения. Световую энергию, упавшую на единицу площади поверхности освещаемого объекта, принято называть экспозицией (количеством освещения). Влияние уровня освещённости и продолжительности освещения на светоразрушение экспонатов примерно равноценны. Поэтому значение световой экспозиции (являющейся производным освещённости в люксах и времени освещения в часах) определяет суммарный фотонный фактор разрушения, оцениваемый в люкс-часах (лк час).
Английские и американские источники указывают для масляной живописи предел 60–70 млн лк час, после которого цвет большинства пигментов явно изменяется. При 300 люксах – это 54 года, а при 50–384 года. В то же время наименее светостойкие красители и пигменты теряют первоначальную цветность примерно через 200 тыс. лк час, а краски текстильных материалов начинают изменяться после 50 тыс. лк. час. В результате при 10-часовой экспозиции при освещённости 300 лк эти краски могут изменяться уже через 17 дней; если снизить освещённость до 50 лк, этот срок удлинится до 100 дней.
Таким образом, временные характеристики старения экспонатов из-за воздействия света должны быть ограничены.

Снижения величины световой – экспозиции можно достичь за счёт варьирования расписания посещений таким образом, чтобы освещение включалось только на период показа. Другой возможный метод, используемый в музейной практике, заключается в замене одних экспонатов другими, когда произведения выставляются на определённый период времени, затем на несколько месяцев убираются в запасники, а потом опять находятся в экспозиции.

Одновременно с решением вопросов освещения, как правило, должны решаться вопросы вентиляции или кондиционирования воздуха в помещениях для поддержания необходимого температурно-влажностного режима (рекомендуемые температура окружающего воздуха в экспозиционных помещениях 17–21 °C и относительная влажность в среднем 50–60 %). Это необходимо изза того, что увеличение температуры воздуха влияет на скорость протекания фотохимических реакций. При теплотехнических расчётах следует исходить из того, что вся энергия, потребляемая источниками света (включая потери в пускорегулируемых аппаратах), превращается в тепло, причём 1 Квт.час соответствует 865 Ккал. Для встроенных в подвесной потолок светильников с люминесцентными лампами, в случае отсутствия уточнённых данных, принимается, что 40 % тепловой энергии выделяется в освещаемое помещение и 60 % – в пространство над подвесным потолком. Для светодиодных источников это соотношение 15/85.