Fisica nucleare e beni culturali: - INFN Sezione di Ferrara
Fisica nucleare e beni culturali: - INFN Sezione di Ferrara
Fisica nucleare e beni culturali: - INFN Sezione di Ferrara
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Fisica</strong> <strong>nucleare</strong> e <strong>beni</strong> <strong>culturali</strong>:<br />
acceleratori <strong>di</strong> particelle<br />
per l’arte e l’archeologia<br />
Pier Andrea Mandò<br />
Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> dell’Università <strong>di</strong> Firenze<br />
Istituto Nazionale <strong>di</strong> <strong>Fisica</strong> Nucleare - <strong>Sezione</strong> <strong>di</strong> Firenze
Ruolo della Scienza<br />
per i Beni Culturali<br />
Schematizzando, sono due i campi in<br />
cui le <strong>di</strong>scipline scientifiche hanno<br />
una funzione cruciale:<br />
1) conoscenza delle opere e del loro<br />
“stato <strong>di</strong> salute”<br />
2) conservazione e restauro
Ruolo della <strong>Fisica</strong><br />
per i Beni Culturali<br />
La <strong>Fisica</strong> riveste oggi un ruolo dominante<br />
nel primo campo, quello della <strong>di</strong>agnostica<br />
principalmente grazie al carattere non<br />
invasivo della grande maggioranza delle<br />
tecniche fisiche
E la fisica <strong>nucleare</strong> che<br />
contributi può dare?
La fisica <strong>nucleare</strong> e le sue tecnologie, in<br />
particolare quelle basate sull’uso degli<br />
acceleratori <strong>di</strong> particelle, sono molto importanti<br />
per la <strong>di</strong>agnostica dei <strong>beni</strong> <strong>culturali</strong><br />
Datazioni archeologiche<br />
Analisi non <strong>di</strong>struttiva <strong>di</strong> materiali<br />
con fasci ionici
http://labec.fi.infn.it
collaborazioni con:<br />
altri laboratori scientifici in Italia e in Europa<br />
Sovrintendenze, Biblioteche, Dipartimenti <strong>di</strong><br />
archeologia e storia dell’arte, Istituti per la tutela del<br />
patrimonio culturale (Istituto Centrale per il Restauro,<br />
Opificio delle Pietre Dure), Regioni
Su cosa si basano le datazioni 14 C<br />
Il 14 C è un isotopo ra<strong>di</strong>oattivo del carbonio,<br />
presente in tutti gli organismi viventi<br />
In un reperto <strong>di</strong> origine organica, ne resta tanto<br />
meno, quanto più vecchio è il reperto<br />
C’è una relazione precisa fra la quantità residua<br />
nel reperto e il tempo passato dalla morte<br />
dell’organismo da cui proviene<br />
Quin<strong>di</strong>, misurando questa quantità residua, si può<br />
sapere l’età del reperto
Precisiamo meglio<br />
Il 14 C (ra<strong>di</strong>ocarbonio)<br />
si forma nella troposfera (15-18 Km <strong>di</strong> altezza) per<br />
effetto del bombardamento naturale dei raggi cosmici<br />
La sua concentrazione (circa uno ogni mille miliar<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
atomi <strong>di</strong> carbonio)<br />
resta pressoché costante, per effetto <strong>di</strong> un equilibrio<br />
<strong>di</strong>namico fra la continua “produzione” e la continua<br />
“scomparsa” per deca<strong>di</strong>mento ra<strong>di</strong>oattivo
Precisiamo meglio<br />
Tramite i vari metabolismi biologici,<br />
TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI<br />
PARTECIPANO A QUESTO EQUILIBRIO<br />
e hanno perciò nei loro tessuti 14 C con circa la stessa<br />
concentrazione che in atmosfera<br />
FINCHE’ VIVENTI
concentrazione <strong>di</strong> C-14<br />
1,4<br />
1,2<br />
0,8<br />
14 C: principio-base<br />
A partire dalla morte <strong>di</strong> un organismo, il<br />
deca<strong>di</strong>mento ra<strong>di</strong>oattivo del 14C, non più<br />
1<br />
compensato da una riassunzione per via dei<br />
0,6<br />
0,4<br />
metabolismi biologici, porta ad una<br />
progressiva 0,2 <strong>di</strong>minuzione della concentrazione<br />
0<br />
∙10 -12<br />
14 R(t) = 14 R0 · e –t/t<br />
t = t · ln [ 14 R 0 / 14 R(t)]<br />
<strong>di</strong> questo isotopo nei resti organici<br />
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000<br />
tempo trascorso dalla morte (anni)
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0<br />
Quali conseguenze sulla datazione, se<br />
Il tempo trascorso che si deduce è<br />
funzione sia del valore misurato per<br />
la concentrazione <strong>di</strong> 14C che del<br />
“punto <strong>di</strong> partenza” che si è assunto<br />
il valore iniziale non è stato sempre lo<br />
t 2<br />
stesso, nel passato?<br />
t 1<br />
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Occorre perciò “ricalibrare” per<br />
tener conto delle variazioni del<br />
“punto <strong>di</strong> partenza” nel passato
Questo si può fare<br />
misurando la concentrazione <strong>di</strong> 14 C<br />
residua in campioni <strong>di</strong> età certa<br />
in<strong>di</strong>pendentemente<br />
(cioè con t noto)
Grazie a decine <strong>di</strong> migliaia <strong>di</strong><br />
misure <strong>di</strong> concentrazione <strong>di</strong> 14 C<br />
effettuate negli ultimi decenni su<br />
reperti datati in<strong>di</strong>pendentemente,<br />
sono state costruite delle curve <strong>di</strong><br />
ricalibrazione affidabili
Ricalibrazione dalla ra<strong>di</strong>ocarbon<br />
age all’età vera<br />
12000BP<br />
10000BP<br />
8000BP<br />
6000BP<br />
4000BP<br />
2000BP<br />
0BP<br />
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
8000CalBC 6000CalBC 4000CalBC 2000CalBC CalBC/CalAD 2000CalAD<br />
Calibrated date
Ricalibrazione dalla ra<strong>di</strong>ocarbon<br />
age all’età vera – ultimi 2000 anni<br />
2000BP<br />
1500BP<br />
1000BP<br />
500BP<br />
0BP<br />
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
CalBC/CalAD 500CalAD 1000CalAD 1500CalAD 2000CalAD<br />
Calibrated date
sulla base <strong>di</strong> queste curve <strong>di</strong><br />
ricalibrazione si corregge il<br />
risultato iniziale “convenzionale”<br />
per arrivare alla data<br />
calendariale più probabile
4300BP<br />
4200BP<br />
4100BP<br />
4000BP<br />
3900BP<br />
3800BP<br />
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
Ra<strong>di</strong>ocarbon determination<br />
4000±20BP<br />
3000CalBC 2800CalBC 2600CalBC 2400CalBC 2200CalBC<br />
Calibrated date<br />
68.2% probability<br />
2565BC (48.4%) 2520BC<br />
2500BC (19.8%) 2475BC<br />
95.4% probability<br />
2580BC (95.4%) 2470BC<br />
4100BP<br />
4000BP<br />
3900BP<br />
3800BP<br />
3700BP<br />
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
3890±20BP<br />
2600CalBC 2400CalBC 2200CalBC 2000CalBC<br />
Calibrated date<br />
68.2% probability<br />
2460BC (68.2%) 2340BC<br />
95.4% probability<br />
2470BC (95.4%) 2290BC
4500BP<br />
4400BP<br />
4300BP<br />
4200BP<br />
4100BP<br />
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
4270±20BP<br />
3100CalBC 3000CalBC 2900CalBC 2800CalBC 2700CalBC 2600CalBC<br />
Calibrated date<br />
68.2% probability<br />
2905BC (68.2%) 2885BC<br />
95.4% probability<br />
2910BC (95.4%) 2875BC
Ma come si fa a misurare la<br />
concentrazione <strong>di</strong> 14 C in un<br />
reperto?<br />
Non è banale: si tratta <strong>di</strong> misurare una<br />
concentrazione bassissima (problema <strong>di</strong> sensibilità)<br />
e per <strong>di</strong> più con piccola incertezza sperimentale<br />
(problema <strong>di</strong> precisione)<br />
es.: 0.5% errore sulla concentrazione 40 anni <strong>di</strong> incertezza nell’età
Si utilizza un acceleratore<br />
<strong>di</strong> particelle<br />
(Accelerator Mass Spectrometry)<br />
La spettrometria <strong>di</strong> massa con acceleratore riesce a<br />
coniugare sensibilità e precisione<br />
..e per <strong>di</strong> più senza <strong>di</strong>struggere quantità<br />
apprezzabili del reperto! (bastano solo pochi<br />
milligrammi, o anche meno)
Come funziona l’AMS?<br />
Il reperto opportunamente pretrattato viene collocato<br />
nella sorgente <strong>di</strong> ioni dell’acceleratore
Accelerator Mass Spectroscopy (AMS)<br />
Come funziona l’AMS?<br />
Il reperto opportunamente pretrattato viene collocato<br />
nella sorgente <strong>di</strong> ioni dell’acceleratore<br />
Gli ioni che se ne estraggono vengono accelerati nella<br />
macchina, acquistando un’elevata energia
Come funziona l’AMS?<br />
Il reperto opportunamente pretrattato viene collocato<br />
nella sorgente <strong>di</strong> ioni dell’acceleratore<br />
Gli ioni che se ne estraggono vengono accelerati nella<br />
macchina, acquistando un’elevata energia<br />
Grazie all’energia acquisita si può effettuare<br />
un’analisi Analizzatore <strong>di</strong> massa sugli elettrostatico ioni, determinando dopo l’analisi in modo<br />
preciso e ultrasensibile magnetica ad quanti alta energia sono gli e contatore ioni carbonio<br />
<strong>di</strong> massa 14 rispetto a quelli <strong>di</strong><br />
finale<br />
massa<br />
del<br />
12<br />
14C
Misura del 14 C con AMS<br />
Sensibilità a concentrazioni fino a 10 -15<br />
sono databili reperti risalenti fino a oltre<br />
50000 anni fa<br />
massa del campione da “sacrificare”<br />
per la datazione 1 mg
Ion Beam Analysis (IBA)<br />
• Analisi <strong>di</strong> composizione <strong>di</strong> materiali tramite fasci prodotti da<br />
acceleratori<br />
tipicamente fasci <strong>di</strong> protoni o alfa <strong>di</strong> qualche MeV <strong>di</strong> energia<br />
Rivelazione della<br />
ra<strong>di</strong>azione e analisi<br />
spettrale 1000<br />
Si Lapislazzuli<br />
800<br />
acceleratore <strong>di</strong> particelle<br />
C o n t e g g i<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
Na<br />
Al<br />
S<br />
Ca<br />
K<br />
fascio <strong>di</strong> particelle<br />
Emissione <strong>di</strong> ra<strong>di</strong>azioni <strong>di</strong><br />
energie caratteristiche<br />
(raggi X, g, particelle…)<br />
oggetto da<br />
analizzare
Ion Beam Analysis (IBA)
PIXE: Particle Induced X-Ray Emission<br />
raggio X<br />
E X = ΔE<br />
ΔE<br />
L’energia dei raggi X è caratteristica dell’elemento
C o n t e g g i<br />
C o n t e g g i<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
Esempi <strong>di</strong> spettri PIXE<br />
0<br />
0<br />
1000<br />
Na<br />
Al<br />
2000<br />
Si<br />
S<br />
3000<br />
Lapislazzuli<br />
K<br />
Ca<br />
Azzurrite<br />
Si<br />
Cu Ca<br />
Cu<br />
4000<br />
Energia (eV)<br />
5000<br />
6000<br />
7000<br />
8000<br />
Cu<br />
9000<br />
10000
Analisi <strong>di</strong> composizione <strong>di</strong> materiali in<br />
archeometria: a chi serve, e per sapere cosa<br />
1) Storici dell’arte, archeologi, storici della scienza e delle<br />
tecnologie,....<br />
informazioni specifiche su singole opere<br />
informazioni più generali su tecnologie <strong>di</strong> produzione, fonti <strong>di</strong><br />
approvvigionamento, canali <strong>di</strong> scambio commerciali nel passato,....<br />
2) Conservatori e restauratori<br />
conoscenza dello stato <strong>di</strong> degrado<br />
conoscenza dei materiali originali per scegliere la tecnica e<br />
i materiali dell’intervento conservativo
Una caratteristica essenziale per le analisi nel campo<br />
dei <strong>beni</strong> <strong>culturali</strong><br />
il set-up <strong>di</strong> fascio esterno<br />
1 cm
Con un fascio esterno si può<br />
determinare in modo completamente<br />
non-<strong>di</strong>struttivo la composizione<br />
quantitativa <strong>di</strong> qualunque materiale
Antichi manoscritti<br />
miniati,<br />
Analisi PIXE con fascio esterno del<br />
frontespizio del Pl.16,22 (XV secolo,<br />
Biblioteca Laurenziana)<br />
... documenti storici,<br />
Inchiostri dei manoscritti <strong>di</strong> Galileo sul moto<br />
(Biblioteca Nazionale <strong>di</strong> Firenze) durante<br />
l’analisi PIXE con fascio esterno
…vetri antichi,<br />
Analisi PIXE-PIGE con fascio<br />
esterno <strong>di</strong> tessere vitree da Villa<br />
Adriana<br />
…terrecotte invetriate,<br />
Analisi PIXE con fascio esterno del<br />
“Ritratto <strong>di</strong> fanciullo” <strong>di</strong> Luca Della<br />
Robbia – prima del restauro<br />
all’Opificio delle Pietre Dure
…antichi ricami,<br />
Analisi micro-PIXE e -PIGE dei fili<br />
dorati <strong>di</strong> un ricamo rinascimentale su<br />
<strong>di</strong>segno <strong>di</strong> Raffaellino del Garbo<br />
…stampe fotografiche,<br />
Analisi PIXE-PIGE <strong>di</strong> una “stampa”<br />
su piastra metallica del XIX secolo
Analisi PIXE-PIGE <strong>di</strong> un <strong>di</strong>segno su carta<br />
preparata <strong>di</strong> Leonardo o scuola<br />
...<strong>di</strong>segni su carta,<br />
Analisi PIXE-PIGE <strong>di</strong> un <strong>di</strong>segno su carta<br />
preparata <strong>di</strong> scuola veronese, XVI secolo
...pitture su tela o tavola,<br />
Analisi con PIXE <strong>di</strong>fferenziale e PIGE della<br />
Madonna dei Fusi <strong>di</strong> Leonardo<br />
Analisi micro-PIXE e -PIGE del<br />
“Ritratto Trivulzio” <strong>di</strong> Antonello da Messina
Giorgio Vasari<br />
Tavoletta raffigurante S.Lucia<br />
dalla Pala Albergotti, Arezzo<br />
Andrea Mantegna<br />
Madonna col Bambino, <strong>di</strong>pinto su tela,<br />
Accademia Carrara <strong>di</strong> Bergamo
…o qualunque altro materiale, per scopi anche<br />
<strong>di</strong>versissimi dallo stu<strong>di</strong>o dei <strong>beni</strong> <strong>culturali</strong><br />
Uova <strong>di</strong> <strong>di</strong>versi allevamenti<br />
Polveri fini in aria (il famoso<br />
PM) raccolte su filtri
Esempi <strong>di</strong><br />
applicazioni <strong>di</strong><br />
AMS e IBA
Chiesa <strong>di</strong> S.Francesco a Cortona<br />
Fondata da Padre Elia pochi anni dopo la<br />
morte del Santo. Conserva tre importanti<br />
reliquie francescane:<br />
una tonaca<br />
un cuscino<br />
un evangeliario
Alla fine del 2005 è stato completato il restauro dell’e<strong>di</strong>ficio.<br />
Nell’ambito <strong>di</strong> un progetto <strong>di</strong> valorizzazione della chiesa la<br />
provincia toscana dell’Or<strong>di</strong>ne Francescano, sotto la guida della<br />
Sovrintendenza, ha deciso <strong>di</strong> eseguire uno stu<strong>di</strong>o approfon<strong>di</strong>to<br />
delle reliquie.<br />
Stu<strong>di</strong>o storico e stilistico<br />
Stu<strong>di</strong>o scientifico<br />
La datazione al ra<strong>di</strong>ocarbonio con tecnica AMS della<br />
tonaca e del cuscino è stata eseguita presso il<br />
laboratorio LABEC <strong>di</strong> Firenze.
Il cuscino<br />
La fodera, riccamente ricamata, è stata donata dalla<br />
nobildonna Jacopa de’ Settesoli per contenere il<br />
cuscino su cui è stata deposta la testa <strong>di</strong> S.Francesco<br />
al momento della sua morte.<br />
Il cuscino ha una struttura complessa:<br />
Tre <strong>di</strong>fferenti involucri <strong>di</strong> lino e lana alternate ricoprono il nucleo centrale<br />
in piume.<br />
Due campioni provenienti dalle due fodere più interne sono stati prelevati<br />
per la datazione
La tonaca<br />
fronte retro<br />
Secondo la tra<strong>di</strong>zione è stata usata per coprire il santo al momento della<br />
morte. E’ formata da molte pezze <strong>di</strong> lana cucite insieme.
Prelevati molti campioni<br />
da zone <strong>di</strong>verse, sia dal<br />
davanti che dal retro<br />
della tonaca<br />
Le zone <strong>di</strong> prelievo sono<br />
comunque<br />
prevalentemente vicino ai<br />
bor<strong>di</strong> o intorno a zone<br />
rovinate<br />
Esigua quantità <strong>di</strong> materiale<br />
prelevato (~1 cm 2 <strong>di</strong><br />
tessuto)<br />
Eliminate possibili<br />
ambiguità<br />
Minima invasività
La tonaca <strong>di</strong> S.Croce a Firenze<br />
Per confronto è stato deciso <strong>di</strong> datare anche la tonaca conservata nella chiesa<br />
<strong>di</strong> S.Croce a Firenze, anch’essa considerata essere appartenuta a S.Francesco<br />
fronte<br />
retro<br />
Un campione è stato prelevato anche dal cordone esposto insieme alla tonaca<br />
(campione SFF6)
Risultati<br />
età convenzionale (anni)<br />
1100<br />
1000<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
Cortona_1<br />
Cortona_3<br />
Cortona_5<br />
Cortona_6<br />
Cortona_7<br />
cuscino_1<br />
cuscino_2<br />
S.Croce_1<br />
S.Croce_2<br />
S.Croce_3<br />
S.Croce_4<br />
S.Croce_5<br />
S.Croce cingolo
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
1100BP tonaca Cortona : 857±18BP<br />
1000BP<br />
900BP<br />
800BP<br />
700BP<br />
600BP<br />
900CalAD 1000CalAD 1100CalAD 1200CalAD 1300CalAD 1400CalAD<br />
Calibrated date<br />
68.2% probability<br />
1170AD (68.2%) 1215AD<br />
95.4% probability<br />
1155AD (95.4%) 1225AD
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
tonaca Cortona 857±18BP<br />
cuscino 1 915±40BP<br />
cuscino 3 885±30BP<br />
Tonaca S.Croce 666±18BP<br />
cingolo S.Croce 852±34BP<br />
600CalAD 800CalAD 1000CalAD 1200CalAD 1400CalAD 1600CalAD<br />
Calibrated date
La datazione del<br />
papiro <strong>di</strong> Artemidoro
Prelevati tre minuscoli frammenti<br />
Arte1<br />
Arte2<br />
Arte3<br />
Punto <strong>di</strong> prelievo massa<br />
(mg)<br />
Carta geografica –<br />
sezione destra –<br />
a sei cm dalla<br />
colonna quarta<br />
Ultima parte –<br />
esercizi<br />
Prima parte –<br />
bordo inferiore<br />
5<br />
6.5<br />
5
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]<br />
Arte1 1974±80BP<br />
Arte2 1906±67BP<br />
Arte3 1958±33BP<br />
500CalBC CalBC/CalAD 500CalAD<br />
Calibrated date<br />
data calendariale a cui risale il taglio della<br />
pianta da cui è stato preparato il papiro<br />
fra il 15 AD e l’85 AD (confid. level 68.2%)<br />
fra il 40 BC e il 130 AD (confid. level 95.4%)
Una lettera <strong>di</strong> Galileo durante<br />
l’analisi PIXE con fascio esterno al<br />
vecchio acceleratore <strong>di</strong> Firenze<br />
Analisi <strong>di</strong> documenti <strong>di</strong><br />
interesse storico<br />
(<strong>INFN</strong> FI, Bibl.Naz. FI, MPI Berlin)<br />
Misure PIXE per determinare<br />
quantitativamente la<br />
composizione <strong>di</strong> inchiostri<br />
antichi<br />
Contributo importante alla<br />
ricostruzione cronologica degli<br />
appunti <strong>di</strong> Galileo sul moto<br />
Confronto della composizione<br />
dell’inchiostro negli appunti<br />
(non datati) con quella <strong>di</strong><br />
documenti datati (lettere, etc.)
Alcuni fogli dal<br />
Ms.Gal.72<br />
(Bibl. Naz. Firenze)
Conteggi<br />
Conteggi<br />
Conteggi<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
Mn<br />
Fe<br />
Fe<br />
Cu Zn<br />
Ms.Gal.72 f.128<br />
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000<br />
2500<br />
Fe<br />
2000<br />
Ms.Gal.26 f.29v<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000<br />
3000<br />
Fe<br />
Ms.Gal.14 f.27r<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
Come si <strong>di</strong>scriminano inchiostri<br />
Pb<br />
Fe Zn<br />
Cu<br />
Mn Zn Pb Pb<br />
Mn<br />
<strong>di</strong>versi con PIXE<br />
Fe<br />
Cu Zn<br />
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000<br />
Energia (eV)<br />
Pb<br />
Zn Pb<br />
Pb<br />
Pb
v(s), v(t), s(t)<br />
Foglio 128<br />
il “punto <strong>di</strong> partenza”<br />
...che il grave cadente<br />
naturalmente vada<br />
continuamente<br />
accrescendo la sua<br />
velocità....<br />
...secondo che accresce<br />
la <strong>di</strong>stanza dal termine<br />
onde si partì....
“Datazione” del f.128
v(s), v(t), s(t)<br />
Foglio 164v – il “risultato finale”<br />
...sunt inter se ut ra<strong>di</strong>ces <strong>di</strong>stantiarum...
F. 164v - confronto fra le due proposizioni<br />
Penultima<br />
proposizione<br />
Ultime due righe
Analisi <strong>di</strong> <strong>di</strong>pinti su<br />
tavola o tela
Leonardo da Vinci<br />
Madonna dei fusi<br />
versione ex-Reford<br />
(collezione privata)<br />
Olio su tavola, 50 x 36<br />
presumibilmente <strong>di</strong>pinto<br />
nel 1501
La struttura a<br />
strati delle pitture<br />
su tavola o tela
Come si possono<br />
<strong>di</strong>stinguere i contributi<br />
dei <strong>di</strong>fferenti strati?
PIXE <strong>di</strong>fferenziale<br />
Ripetendo la misura sullo stesso punto con fasci <strong>di</strong> energie<br />
<strong>di</strong>verse si può ricostruire la sequenza stratigrafica (dalla<br />
preparazione all’imprimitura ai veri e propri strati pittorici)<br />
dalla conoscenza delle per<strong>di</strong>te <strong>di</strong> energia del fascio nel<br />
penetrare negli strati, si può arrivare a “misurarne” lo<br />
spessore<br />
in maniera totalmente non <strong>di</strong>struttiva<br />
senza necessità <strong>di</strong> prelievi
Counts/nC<br />
Counts/nC<br />
Counts/nC<br />
Counts/nC<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
a<br />
Ca<br />
Fe Hg<br />
2.8 MeV<br />
Pb<br />
0<br />
2.52000<br />
4000<br />
b<br />
2.0<br />
6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
Energy (eV)<br />
2.3 MeV<br />
1.5<br />
1.0<br />
0.5<br />
0.0<br />
1.02000<br />
4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
0.8 c<br />
Energy (eV) 2 MeV<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0.0<br />
0.62000<br />
4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
0.5 d<br />
Energy (eV)<br />
Fe<br />
1.8 MeV<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
Ca<br />
Hg<br />
Hg<br />
0.0<br />
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
Energy (eV)<br />
Pb<br />
Pb<br />
a<br />
b<br />
c<br />
d<br />
Fe ematite?<br />
Incarnato<br />
Hg uso del cinabro come pigmento<br />
rosso<br />
Pb bianco <strong>di</strong> piombo (nello strato<br />
pittorico? nel substrato <strong>di</strong><br />
preparazione? in entrambi?)<br />
I picchi del Ca e del Fe sono interamente dovuti<br />
alla presenza <strong>di</strong> quegli elementi nella vernice.<br />
Quelli del Pb, sia alla preparazione che allo<br />
strato pittorico<br />
Si ottiene anche una stima dello spessore dello<br />
strato pittorico: solo 15 – 20 mm!!
Uno sviluppo recente nelle<br />
analisi IBA sui <strong>beni</strong> <strong>culturali</strong>:<br />
misure a scansione<br />
con microfasci esterni<br />
Utilizzando sistemi <strong>di</strong> focheggiamento forte (quadrupoli<br />
magnetici), è possibile ottenere fasci <strong>di</strong> particelle delle<br />
<strong>di</strong>mensioni dei mm.<br />
Slitta <strong>di</strong> definizione<br />
O<br />
Slitta <strong>di</strong> collimazione L<br />
Slitta <strong>di</strong> collimazione L<br />
Slitta <strong>di</strong> collimazione<br />
p q<br />
I<br />
O: oggetto<br />
L : <strong>di</strong>spositivo focheggiante<br />
I: immagine<br />
L’effetto è equivalente a quello<br />
ottico <strong>di</strong> una lente convergente<br />
su un fascio <strong>di</strong> luce!<br />
p: <strong>di</strong>stanza lente - oggetto<br />
q: <strong>di</strong>stanza lente - immagine
Linea <strong>di</strong><br />
microfascio<br />
esterno
Set-up per misure IBA al microfascio<br />
beam
Mappe <strong>di</strong> concentrazione degli elementi<br />
• Scansione col microfascio <strong>di</strong> aree selezionate<br />
• Durante la scansione, ogni volta che viene rivelato un<br />
“evento” (raggio X, raggio g…) il software acquisisce:<br />
–l’energia E della ra<strong>di</strong>azione, che caratterizza l’elemento<br />
–la posizione (x,y)<br />
cioè si associano ra<strong>di</strong>azione<br />
emessa e suo punto <strong>di</strong> origine<br />
Dalle terne (E,x,y) si può così ricostruire come sono<br />
<strong>di</strong>stribuiti i vari elementi all’interno dell’area scan<strong>di</strong>ta<br />
y<br />
x
Counts<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
Mg<br />
Na<br />
Al<br />
Si<br />
2 mm<br />
S<br />
K<br />
Ca<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8<br />
Energy (keV)<br />
Inchiostro metallo-gallico<br />
(documento del XVII secolo)<br />
spettri PIXE relativi all’intera zona scan<strong>di</strong>ta<br />
Fe<br />
Counts<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
Ca<br />
Mn<br />
Fe<br />
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
Energy (keV)<br />
Cu<br />
Zn
Ca<br />
2 mm<br />
Distribuzione degli elementi<br />
Fe<br />
2 mm S<br />
2 mm<br />
nell’inchiostro<br />
S<br />
Cu<br />
Ca<br />
Fe<br />
max<br />
min
Antonello da<br />
Messina<br />
Ritratto Trivulzio<br />
Torino, Museo Civico<br />
<strong>di</strong> Palazzo Madama<br />
Olio su tavola, 38 x 30<br />
1476
Ritratto Trivulzio<br />
Prime misure (PIXE standard) eseguite allo scopo <strong>di</strong><br />
caratterizzare tecniche e materiali pittorici<br />
1 mm
Ritratto Trivulzio<br />
Prime misure (PIXE standard) eseguite allo scopo <strong>di</strong><br />
caratterizzare tecniche e materiali pittorici<br />
Mantello rosso: superficie stranamente “maculata<br />
Imaging composizionale su aree selezionate<br />
con PIXE a scansione
Ritratto Trivulzio: misure PIXE a scansione<br />
analizzate 2 regioni a cavallo delle pieghe più scure:<br />
1 mm
Counts<br />
Ritratto Trivulzio: misure PIXE a scansione<br />
spettro X “complessivo” sull’area scan<strong>di</strong>ta<br />
14000<br />
12000<br />
10000<br />
8000<br />
6000<br />
4000<br />
2000<br />
0<br />
Al<br />
Si<br />
Hg + S<br />
0 1 2 3 4 5<br />
X-ray energy (keV)<br />
K<br />
Ca<br />
Counts<br />
40000<br />
30000<br />
20000<br />
10000<br />
0<br />
Fe<br />
Hg<br />
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br />
X-ray energy (keV)
Ritratto Trivulzio: misure PIXE a scansione<br />
Max.<br />
Min.<br />
Hg M+S K<br />
Al K<br />
Immagine ottica<br />
Al e K sono correlati con le zone più scure (lacca rossa) e sono<br />
sulla superficie; Hg (cinabro) viene dal <strong>di</strong>etro<br />
1 mm<br />
K K
Un <strong>di</strong>pinto “non comune” <strong>di</strong> Mantegna<br />
• “Madonna col Bambino”<br />
olio su tela su cui non è mai stata stesa la vernice protettiva;<br />
<strong>di</strong>pinto <strong>di</strong>rettamente sulla tela senza strato <strong>di</strong> preparazione (una<br />
tecnica assolutamente inusuale)<br />
set-up del<br />
microfascio a scansione<br />
Madonna col Bambino (1460) 43x31 cm 2<br />
Accademia Carrara (Bergamo)
Esempi <strong>di</strong> primi risultati<br />
L’occhio della Vergine<br />
Au L α<br />
2 mm<br />
Au L α<br />
Sn K Fe<br />
2 mm<br />
Si Al<br />
Pb Lα Pb L α<br />
Il velo
Grazie dell’attenzione<br />
mando@fi.infn.it
Change language