Safe laser cleaning of bone objects

Dzieła sztuki często wykonane są z materiałów kruchych i podatnych na pękanie, dla których czyszczenie laserowe jest techniką niezastąpioną. Dotyczy to także figurek i rzeźb wykonanych z różnego rodzaju kości. Wynika stąd konieczność znajomości gęstości energii promieniowania, przy której zachodzi uszkodzenie powierzchni takich obiektów. W artykule opisujemy wyniki badań oddziaływania promieniowania laserowego z kośćmi wołowymi, kością słoniową oraz kłami dzika. W eksperymencie wykorzystano promieniowanie podstawowej (1064 nm, 500 mJ), drugiej (532 nm, 250 mJ) i trzeciej harmonicznej (355 nm, 90 mJ) impulsowego lasera Nd:YAG. Przy stałym czasie trwania impulsu 15 ns, gęstość energii promieniowania laserowego na powierzchni badanego obiektu zmieniano w szerokim zakresie. Dokładną wartość progu uszkodzenia kości wyznaczano na podstawie obserwacji mikroskopowych.Art objects are often made of fragile and susceptible to fracture materials, for which laser cleaning is an irreplaceable technique. The same applies to figures and sculptures made of different kinds of bones, so it is needed to determine damage threshold values of laser fluence. The paper, therefore, presents the results of investigations of pulse laser radiation interaction with bovine bones, ivory and boar tusk, utilizing different harmonic wavelengths of Nd:YAG laser in a wide range of fluencies. It includes fundamental wavelength of 1064 nm with maximum energy of 500 mJ and harmonics: 532 nm (250 mJ) and 355 nm (90 mJ), emitted by ReNOVALaser 5 system. Laser fluence has been controlled by direct energy variations or by radiation focusing at the object (spot size from 8 mm to 300 µm), using constant pulse duration of 15 ns. Exact determination of bones damage threshold was based on microscopic investigation of the results of laser pulse irradiation