FISICA PER I BENI CULTURALI

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1 FISICA PER I BENI CULTURALI V Tecniche RX based: Radiografia, TAC, XRF, PIXE P. Sapia Università della Calabria a.a. 2009/10

2 Collocazione spetrale dei raggi X

3 Due modalità di produzione di RX Elettrone energetico che passa vicino ad un nucleo di elemento ad alto Z e viene deflesso (forte accelerazione): Bremsstrahlung (radiazione di frenamento): spettro continuo

4 Due modalità di produzione di RX Ionizzazione: espulsione di un elettrone profondo e successivo riassestamento con emissione di un fotone X Raggi X caratteristici: spettro con picchi caratteristici dell elemento

5 Due modalità di produzione di RX Le componenti dovute alle due differenti modalità di produzione sono sovrapposte:

6 Produzione: tubo RX

7 Produzione: tubo RX Spettri al variare della tensione di accelerazione degli elettroni incidenti sull anodo:

8 Diverse tecniche basate sui raggi X RADIOGRAFIA tradizionale TAC XRF (FLUORESCENZA INDOTTA DA RAGGI X) PIXE (Particle Induced X-ray Emission)

9 ESEMPIO DI RADIOGRAFIA CLICK La Festa degli Dei - National Gallery of Art, Washington (Bellini, ca Tiziano, Dosso, 1522)

10 ESEMPIO DI RADIOGRAFIA CLICK La Festa degli Dei - National Gallery of Art, Washington (Bellini, ca Tiziano, Dosso, 1522)

11 TOMOGRAFIA (TAC) La tomografia permette di ricostruire con buona risoluzione spaziale la geometria interna dei manufatti artistici. Prende il nome dal fatto che le immagini sono delle fette (dal greco τομοσ ) del manufatto ottenute facendolo ruotare attorno ad un asse ed irraggiandolo perpendicolarmente all asse stesso con un fascio X di piccola sezione. Il computer effettua la ricostruzione dell immagine utilizzando tecniche di calcolo basate sulla suddivisione in celle elementari ( voxel ) del manufatto da ricostruire

12 TOMOGRAFIA (TAC) ESEMPIO: La mummia di Ramesses I (

13 TOMOGRAFIA (TAC) ESEMPIO: La mummia di Ramesses I ( La tomografia ha evidenziato alcune particolarità del metodo di imbalsamazione come la sostituzione del cervello con resina

14 FLUORESCENZA INDOTTA DA RAGGI X XRF

15 XRF: schema Sorgente di Raggi X Campione Rivelatore

16 XRF: cosa permette di ottenere Le radiazioni emesse per fluorescenza sono caratteristiche degli elementi chimici presenti nella composizione del campione

17 XRF: cosa permette di ottenere Lo SPETTRO XRF costituisce una sorta di IMPRONTA DIGITALE del materiale di cui è fatto il campione

18 PRINCIPALI CLASSI DI PIGMENTI

19 UBIQUITA SPAZIO-TEMPORALE DELL IMBROGLIO! Abside dell altare maggiore della Cattedrale di Valencia Dipinti di Hernando Llanos y Yanez de la Alamedina ( )

20 UBIQUITA SPAZIO-TEMPORALE DELL IMBROGLIO! Abside dell altare maggiore della Cattedrale di Valencia Hernando Llanos y Yanez de la Alamedina Nel CONTRATTO di commissione dell opera è specificato che per le tonalità del blu dovranno essere utilizzati pigmenti a base di lazulite (lapislazzuli) Si tratta di un solfosilicato di sodio e alluminio (3NaAlSiO 4 Na 2 S) dal quale si ottengono pigmenti di notevole pregio e COSTO.

21 UBIQUITA SPAZIO-TEMPORALE DELL IMBROGLIO! Abside dell altare maggiore della Cattedrale di Valencia Hernando Llanos y Yanez de la Alamedina Gli spettri XRF delle porzioni blu/azzurro non mostrano la presenza di Zolfo né di Silicio (J.F. Calabuig Unità di Archeometria del ICMUV. Università di Valencia)

22 UBIQUITA SPAZIO-TEMPORALE DELL IMBROGLIO! Abside dell altare maggiore della Cattedrale di Valencia Hernando Llanos y Yanez de la Alamedina In compenso c è tanto Rame (J.F. Calabuig Unidad de Arqueometria del ICMUV. Universitat de Valencia)

23 UBIQUITA SPAZIO-TEMPORALE DELL IMBROGLIO! CONCLUSIONE: Hernando Llanos y Yanez de la Alamedina NON ha utilizzato AZULITE (pregiata e costosa)

24 UBIQUITA SPAZIO-TEMPORALE DELL IMBROGLIO! CONCLUSIONE: Hernando Llanos y Yanez de la Alamedina NON ha utilizzato AZULITE (pregiata e costosa) Bensì la più comune (ed economica!) AZZURRITE (minerale a base di rame)

25 ESEMPI APPLICAZIONE XRF Restauro della statua bronzea del Perseo di Benvenuto Cellini realizzata presso gli Uffizi in Firenze durante il 1998.

26 ESEMPI APPLICAZIONE XRF Spettro di fluorescenza corrispondente al gomito destro della statua utilizzando un generatore X equipaggiato con un anodo di tungsteno ed operato alla tensione di HV=35 kv. Lo spettro di fluorescenza permette di ottenere direttamente la composizione della lega bronzea che risulta in questo punto essere composta da rame (Cu), stagno Sn (~3.6%), piombo Pb (~6%), antimonio Sb (~1%), ferro Fe (<1%) ed argento Ag (<1%). La composizione della lega cambia leggermente in altri punti della statua. La variazione della lega bronzea indica i punti in cui sono stati fatti interventi successivi rispetto alla fusione originaria.

27 ESEMPI APPLICAZIONE XRF La fluorescenza X può essere utilizzata anche per studiare quantitativamente lo stato della patina verde che ricopre la statua. La patina crea un ulteriore strato superficiale di materiale. In Fig. sono comparati gli spettri X ottenuti in punti diversi della statua dove lo spessore della patina superficiale è diversa. Notiamo che la resa degli X da 25 kev dovuti alle transizioni Ka dello stagno (Sn) è praticamente uguale nei due spettri. Al contrario, gli X dovuti al rame (Cu) sono molto meno energetici (8-9 kev) e quindi sono molto più fortemente assorbiti a causa della presenza della patina. Guardando al rapporto delle rese X di due elementi diversi (come Sn e Cu in questo caso) è possibile ottenere una misura dello spessore della patina nei diversi punti in cui vengono eseguite la misure.

28 ESEMPI APPLICAZIONE XRF Il Caprone d Oro di Akrotiri (Grecia)

29 ESEMPI APPLICAZIONE XRF Circa tremila seicento anni fa una eruzione vulcanica di notevole entità cancellò ogni forma di vita sull isola di Santorini (Thera) nel Mar Egeo sotto 30 chilometri cubi di pomice e ceneri vulcaniche. Il caprone d oro rappresenta un oggetto archeologico di grande interesse poiché è l unico manufatto d oro ritrovato negli scavi di Akrotiri nel dicembre Tutti gli altri oggetti preziosi furono rimossi dagli abitanti di Thera prima dell eruzione che devastò l isola e seppellì la città. L oggetto proviene anche da un particolare edificio pubblico noto come Edificio delle panche, che era vicino al famoso Xeste, gruppo di tre edifici sede dei riti dei giovani della locale classe superiore. Il fatto che il caprone sia stato trovato in loco aumenta la sua importanza poiché l oggetto è stilisticamente unico.

30 ESEMPI APPLICAZIONE XRF Il caprone venne ritrovato durante degli scavi, in condizioni di perfetta conservazione all interno di una scatola di legno (di cui si è ritrovata solo lo stampo) all interno di un blocco di argilla, vicino ad una grande pila di corni, principalmente di caprone. Si può quindi ipotizzare che l oggetto fosse utilizzato in rituali di tipo sacrificale. La statuetta è cava e si suppone che venne realizzata utilizzando uno stampo di cera. Le zampe, la testa e la coda dell animale vennero saldate dopo aver rimosso il contro-stampo interno di cera. Nel processo di finitura l oggetto è stato martellato, come risulta dalle impronte ritrovate. La lavorazione di questo oggetto prezioso e specialmente il processo di saldatura rappresentano un grande motivo di interesse per gli studiosi. In Fig. sono comparati due spettri XRF misurati sul Caprone. Lo spettro indicato come Goat_1 è stato misurato esattamente sopra la zampa anteriore sinistra. In questa posizione non vi sono contaminanti e può quindi essere considerata come rappresentativa del metallo utilizzato per realizzare l oggetto. Lo spettro è dominato dalle transizione dell oro (Au) con piccole contaminazioni di argento (Ag) e bronzo(cu). Lo spettro Goat_4 è stato invece preso dalla zona di saldatura della coda. In esso si può facilmente notare un aumento della resa delle transizioni del rame a causa del materiale di riporto utilizzato in questo processo.

31 ESEMPI APPLICAZIONE XRF

32 ESEMPI: ANALISI XRF DI MONETE Zwicky-Sobczyk e Stern (*) hanno analizzato delle monete romane rinvenute in Svizzera. Hanno caratterizzato più di 600 monete incrociando i dati ottenuti da misure XRF (relative alle righe k-ag e l-ag) con quelli di densità. I risultati testimoniano il declino dei valori (anche nell accezione economica del termine!) in atto nell Impero Romano: la lega usata per il conio risulta più povera in Ag rispetto a periodi precedenti, ma la superficie delle monete è arricchita in argento rispetto agli strati più profondi!!! (**) (*) Archaeometry 39, 392 (1997) (**) Prof. Calabuig, Unità di Archeometria dell ICMUV Università di Valencia

33 ESEMPI: ANALISI XRF DI MANUFATTI CERAMICI Punyadeera et al. (*) hanno impiegato la tecnica per ottenere informazioni sulla provenienza di vasellame dell Età del Ferro rinvenuto in Sudafrica. I campioni da sottoporre ad analisi XRF sono stati finemente macinati, omogeneizzati, mescolati con una sostanza legante e quindi compressi a formare tavolette di dimensione e forma standardizzata, con la superficie ben levigata. Per la calibrazione sono state impiegate quattro tavolette, ottenute con la stessa procedura da campioni geologici di composizione nota. I dati relativi a vasellame proveniente da diversi siti sono stati raggruppati in base alla composizione ed interpretati in termini di interazioni socio-culturali tra i siti stessi. (*) X-Ray Spectrometry 26, 249 (1997) (**) Prof. Calabuig, Unità di Archeometria dell ICMUV Università di Valencia

34 PIXE (cenno) PIXE XRF

35 Principio dell analisi PIXE le energie degli elettroni nei diversi livelli atomici sono caratteristiche di ciascuna specie atomica dunque, anche le differenze tra di esse, cioè le energie dei raggi X, sono caratteristiche della specie atomica da cui sono emessi la rivelazione e classificazione delle energie X permette di identificare e quantificare i differenti elementi presenti nel campione-bersaglio del fascio