TANDEM: Tecniche Analitiche Non Distruttive per l archeometria

Transcript

1 Proposta di Esperimento in Gr V TANDEM: Tecniche Analitiche Non Distruttive per l archeometria Responsabile Nazionale: Massimo Carpinelli INFN - LNS Riunione CSN 5-26 settembre

2 OBIETTIVO DEL PROGETTO L idea che sta alla base della proposta di esperimento TANDEM è quella di implementare, sviluppare e ottimizzare nuove tecniche di analisi non invasive e non distruttive da utilizzarsi in ambito archeometrico per la caratterizzazione elementale di manufatti In particolare si vorrebbero implementare due tecniche: la Spettroscopia Muonica e la Gamma Prompt Sezioni INFN Coinvolte Laboratori Nazionale del Sud (Uniss) INFN Milano Bicocca INFN Pavia 2

3 Spettroscopia Muonica Questa tecnica prevede l esposizione del campione ad un fascio collimato di muoni (presso il Rutherford Appleton Laboratory) e la rivelazione dei raggi X caratteristici emessi in seguito alla formazione di atomi muonici nel bersaglio. 3

4 Muon RIKEN-RAL 4

5 Experiment setup X-Ray detector Odoscopio Campione Odoscopio X-Ray detector 5

6 Preliminary studies SCIENTIFIC REPORTS 4 : 5072 K. Terada1,et other DOI: /srep05072 Muonic X-ray energy spectra from the four-layered sample: Muonic X-ray intensities (y-axis) are shown in arbitrary units with offset to compare the spectra obtained with different muon momenta ( MeV/c). The peaks at 66 and 89 kev are attributed to Al used for a sample holder and the vacuum chamber. The peaks of µsi-k and µo-k were detected from the first SiO2 glass layer at the muon momentum of MeV/c. The muonic X-ray of C (µc-k ) from the graphite layer and those of B and N from the BN layer were detected at the momenta of and MeV/c, respectively. The peaks of µsi-k and µo-k were detected again at the muon momentum of MeV/c from the bottom SiO2 glass layer through the three overlying layers. The depth-profile of the four-layered sample. The muonic X-ray intensities of B, C, N, O, and Si from the layered sample are plotted against the muon momentum. The muonic X-ray intensity of each element is normalised to the intensity of µal-k at each momentum and to its maximum count along the depth profile. The stopping depth of muons at a given momentum is estimated from the Bethe-Bloch formula, and the expected layer boundaries are indicated by arrows. 6

7 Neutron Gamma Prompt La seconda tecnica proposta prevede l esposizione del campione ad un fascio di neutroni termici e la rivelazione dei gamma prompt dovuti alla diseccitazione nucleare seguita alla cattura radiativa del neutrone. Questo tecnica è stata già implementata in passato dal gruppo di Pavia nell ambito delle ricerche sulla BNCT presso il LENA. Modificando ed ottimizzando la strumentazione esistente ed implementando una nuova schermatura si propone di utilizzare questa tecnica per campioni di dimensioni variabili come quelli di interesse archeometrico. 7

8 Neutron Gamma Prompt: facility PGNAA facility at the LENA Triga Reactor of University of Pavia for Boron concentration measurement in biological samples The facility was designed by MCNP4 code Thermal beam filtering with Bi and single crystal sapphire Beam flux : n/(cm 2 s) Beam size: 3 cm Ø Detection system : HPGe N type coaxial configuration Sensitivity for natural boron 1000 cps/mg Sensitivity for other elements to be assessed 8

9 Neutron Gamma Prompt: facility PGNAA facility at the LENA Triga Reactor of University of Pavia for Boron concentration measurement in biological samples High efficiency GMX HpGe (already present) Bismuth (high energy gamma rays filter) (already present) Zapphire Al 2 O 3 (already present) Baritic concrete (funded by LENA) Polyethylene Litiate Shutter (funded by LENA) Interlock, cables, actuators (funded by LENA) Amplifier and HV bias supply for HpGe Monitor per i neutroni 9

10 Conclusioni Entrambe le tecniche hanno il pregio di utilizzare emissioni prompt non necessitano di lunghi tempi di irraggiamento minimizzano la radioattività indotta nei reperti Entrambe le tecniche hanno il pregio di essere non distruttive Entrambe le tecniche possono identificare gli elementi in traccia presenti nel reperto ricostruzione storica del reperto estrapolazione delle tecniche utilizzate nella realizzazione del reperto 10

11 Anagrafica Gruppo di Sassari TANDEM experiment Massimo Carpinelli PO Uniss Responsabile Nazionale 30% Marco Rendeli PA Uniss (associato INFN-LNS) 50% Gabriele Mulas PA Uniss (associato INFN-LNS) 50% Stefano Enzo PA Uniss (non associato INFN) 0% Giorgia Maccioni Assegnista INFN (associato INFN-CA) 30% Valeria Sipala RIC Uniss Responsabile Locale 40% Sebastiano Garroni RTD Uniss (non associato INFN) 0% Piernicola Oliva RIC Uniss (associato INFN-CA) 30% TOT = 2,3 FTE 11

12 Attività Gruppo Sassari TANDEM experiment Coordinamento del progetto Coordinamento dello studio su reperti provenienti dallo scavo di Sant Imbenia Partecipazione alle attività riguardanti lo spettroscopia muonica (realizzazione dell odoscopio per monitoraggio del fascio) Partecipazione alla presa dati RAL 12

13 Richieste Economiche Gruppo di Sassari TANDEM experiment Consumabili: - Fibre, SIPMs, cavi, connettori, componenti elettronici 8 k euro Missioni: - RAL/PAVIA/MILANO 12 k Euro Trasporti: 2 k Euro TOT 22 keuro NB: Sul database sono presenti per errore 10KEuro di Inventario 13

14 Anagrafica Gruppo di TANDEM experiment Daniele Alloni UNIPV LENA(responsabile Locale) 50% Silva Bortolussi INFN 20% Andrea Salvini UNIPV LENA 30% Saverio Altieri UNIPV LENA 20% Giovanni Margotti UNIPV LENA 50% Michele Prata UNIPV LENA 20% Massimo Oddone UNIPV Chimica 30% Lucilla Strada UNIPV Chimica 20% FTE TOT:

15 Attività Gruppo TANDEM experiment Simulazioni Monte Carlo MCNP Implementazione e costruzione meccanica Schermature, Collimatore, Shutter, Alloggiamento Campioni Implementazione, Calibrazione, Validazione, R&D, GAMMA PROMPT Calibrazione validazione misure con rivelatore al Germanio per spettroscopia Gamma Prompt con SRM al LENA Misure spettroscopia Gamma Prompt su Campioni archeologici di Sant Imbenia 15

16 Richieste Economiche TANDEM experiment Consumo Collimatore Ferro-guide Al: 2 keuro PE Litiato: 6 keuro Attuatori, interlock, cablaggio: 10 keuro (LENA) Schermature Cemento Baritico: 15 keuro (LENA) Shutter: 8 keuro (LENA) Inventario Elettronica: 10 keuro Monitor Neutroni: 5 keuro Missioni: 3 keuro TOT 26 keuro 16

17 Anagrafica Milano TANDEM experiment Massimiliano Clemenza (responsabile locale) 30 % Giovanni Baccolo (dottorando ) 60 % Cattaneo Trissino Da Lodi Roberta 40 % Antonio De Bonis (assegnista) 30 % Barbara Delmonte (ricercatrice ) 100 % Lorenzo Di Fresco (assegnista) 20 % Daniela Di Martino (assegnista) 40 % Ettore Fiorini (associato senior) 0 % Valter Maggi (professore associato ) 20 % Enrico Perelli Cippo (ricercatore) 20 % Francesco Saliu (tecnologo) 50 % FTE TOT:

18 Attività Gruppo Milano TANDEM experiment Implementazione e costruzione meccanica di supporto per rivelatori al Germanio e Odoscopi al RAL Implementazione, Calibrazione, Validazione, R&D, SPETTROSCOPIA MUONICA Calibrazione validazione misure con rivelatori al Germanio per spettroscopia Muonica con SRM al RAL e Simulazioni Monte Carlo Inter-confronto INAA-Spettroscopia Muonica Misure spettroscopia muonica su Campioni archeologici di Sant Imbenia 18

19 Richieste Milano TANDEM experiment Consumabili: - SRM, Leghe, elementi puri Apparati: - Meccanica: profili BOSCH, connessioni, piedini, basamento alluminio, porta-campioni, supporti odoscopio, Stampe 3D 8 k euro 2.5 k euro Missioni: - RAL/PAVIA 14.5 keuro Inventario: - Moduli elettronica NIM Trasporti: - rivelatori/materiale RAL 8 keuro 5 keuro TOT 38 keuro 19

20 RICHIESTE PER GLI ANNI SUCCESSIVI Anno Miss. Cons. Altri Trasp. Manut. Invent Lic-Sw App Spserv Totale Totali