Il nuovo acceleratore Tandetron del Laboratorio di Tecniche Nucleari Applicate ai Beni Culturali di Firenze

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Il nuovo acceleratore Tandetron del Laboratorio di Tecniche Nucleari Applicate ai Beni Culturali di Firenze"

Giada Negro
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Il nuovo acceleratore Tandetron del Laboratorio di Tecniche Nucleari Applicate ai Beni Culturali di Firenze L. Carraresi, M. Chiari, M.E. Fedi, L. Giuntini, N. Grassi, F. Lucarelli, P.A. Mandò, M. Massi, A. Migliori, S. Nava, F. Taccetti e N. Taccetti Dipartimento di Fisica, Università di Firenze e INFN Sezione di Firenze

2 Dal KN3000 al nuovo acceleratore Il gruppo di Fisica Nucleare Applicata di Firenze, nel corso degli anni, si è specializzato in quelle tecniche che utilizzano acceleratori di particelle (in particolare Ion Beam Analysis). KN3000 Acceleratore elettrostatico single-ended 3 MV tensione di terminale Fasci di protoni e α Test di rivelatori, misure di sezioni d urto, misure di Ion Beam Analysis Nuovo Tandetron Acceleratore elettrostatico tandem 3 MV tensione di terminale Fasci di protoni, α e ioni pesanti Nuova attività: misure di Spettrometria di Massa con Acceleratore (AMS) Il nuovo laboratorio nasce al Polo Scientifico dell Università di Firenze; l acceleratore è interamente finanziato dall INFN.

3 Luglio

4 Il Tandem facility IBA + AMS Acceleratore Tandem 3MV Linee di fascio IBA Iniettore a doppia sorgente per IBA 860C: sorgente a sputtering con ioni di Cs (protoni, ioni pesanti) Iniettore AMS 358: (59 sorgente campioni) Duoplasmatron (protoni, α) Spettrometro AMS ad alta energia

5 Il Tandem facility IBA + AMS Acceleratore Tandem 3MV Iniettore a doppia sorgente per IBA Linee di fascio Magnete di switching IBA 9 canali Iniettore AMS (59 campioni) Spettrometro AMS ad alta energia

6 Il Tandem facility IBA + AMS Acceleratore Tandem 3MV Linee di fascio IBA Iniettore a doppia sorgente per IBA Iniettore AMS (59 campioni) Sorgente a sputtering con ioni di Cs: 59 campioni Spettrometro AMS ad alta energia

7 Il Tandem facility IBA + AMS Analisi a bassa energia: analizzatore elettrostatico + magnete d iniezione iniezione sequenziale Acceleratore Tandem 3MV Linee di fascio IBA Iniettore a doppia sorgente per IBA Iniettore AMS (59 campioni) Spettrometro AMS ad alta energia

8 Il Tandem facility IBA + AMS Acceleratore Tandem 3MV Linee di fascio IBA Iniettore a doppia sorgente per IBA Iniettore AMS (59 campioni) Analisi a alta energia: magnete d analisi + analizzatore elettrostatico rivelatore E-E Spettrometro AMS ad alta energia Faraday cup non in linea per la misura degli isotopi stabili

9 Il Tandetron alcune caratteristiche Due sorgenti dedicate per IBA: - 860C: sorgente a sputtering con ioni di Cs (protoni, ioni pesanti) - 358: sorgente Duoplasmatron (protoni, α) Sorgente multicampione (59 campioni) per AMS Misure IBA: - Tripletto di quadrupoli per focheggiamento del fascio nei punti target delle diverse linee - Magnete di switching 9 canali Misure AMS: - Analisi a bassa energia: analizzatore elettrostatico + magnete d iniezione - Iniezione sequenziale - Analisi a alta energia: magnete d analisi + analizzatore elettrostatico - Rivelatore a gas E-E - Faraday cup non in linea per la misura degli isotopi stabili - Possibilità di misurare 14 C, 10 Be, 26 Al, 129 I

10 Ion Beam Analysis PIXE (Particle Induced X-ray Emission) PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) BS e FS E (Back e Forward Scattering) X (ev) Spettro di energia Conteggi Mg Al Si Ca Fe Segnale Fascio di particelle Campione Radiazione caratteristica Rivelatore Linea con camera a vuoto multi-iba Linea di fascio esterno dedicata a misure IBA nel campo dei Beni Culturali Linea di fascio esterno dedicata a misure IBA in campo ambientale (analisi del particolato atmosferico) Linea di microfascio esterno

11 Il fascio esterno 1 cm

12 PIXE: analisi di miniature Per studiare l evoluzione temporale nell utilizzo dei pigmenti Per capire le tecniche (per esempio correlazione fra preziosità dei pigmenti utilizzati e importanza del soggetto dipinto) Si Lapislazzuli C o n t e g g i Na Al S K Ca 0 C o n t e g g i A zzurrite 0 0 Cu Si Ca Cu Cu Energia (ev )

13 PIXE: analisi di inchiostri Inchiostri metallo-gallici: le quantità relative di Fe, Ni, Cu, Zn, Pb possono variare molto da inchiostro a inchiostro (nei secoli scorsi la produzione era artigianale). datazione indiretta di documenti Progetto Galileo: ricostruzione della cronologia degli appunti di Galileo sul moto naturale dal confronto con documenti datati (lettere e libro di spese) Fe Fe Fe Fe Cu Zn Pb Zn Pb Cu Pb Pb Pb Pb

14 PIXE: analisi di ceramiche Per studiare la composizione dello smalto (ossidi di Si, Pb, Sn, K, ) In particolare sono state analizzate ceramiche di produzione robbiana (collaborazione con INFN Genova e Laboratori Nazionali del Sud, Laboratoire de Recherche del Louvre, ): caratterizzare le tecniche di produzione dei Della Robbia identificare eventuali imitazioni Inoltre sono stati anche studiati gli effetti di danneggiamento del fascio sullo smalto, in modo da operare in condizioni di sicurezza.

15 PIXE - PIGE: analisi di dipinti Per capire i segreti delle tecniche pittoriche di famosi artisti e/o ricostruire la storia di un dipinto (possibilità che sia un falso, restauri precedenti, etc.) Una difficoltà nell analisi è rappresentata dalla presenza della vernice assorbimento raggi X molli e segnali spuri negli spettri PIXE differenziale (discriminazione di strati di diversa composizione) PIXE e PIGE combinati (identificazione del lapislazzuli)

16 Il microfascio esterno (I) Sistema di focheggiamento forte, basato su un doppietto di quadrupoli magnetici. Il fascio è estratto in atmosfera attraverso una finestra di Si 3 N 4 dello spessore di 0.1 µm. Il bersaglio è posizionato a 2-3 mm di distanza dalla finestra di uscita. Dimensioni del fascio sul bersaglio ~ 15 µm (FWHM)

17 Il microfascio esterno (II)

18 Mappe elementali con il microfascio Due possibilità di scansione combinabili fra di loro: -magnetica:scanning del fascio sul campione - meccanica: movimentazione del campione rispetto al fascio 115 µ m 10 µ m Max. 28 luglio 2005 Si Cu Min. AIAR 2004

19 MicroPIXE: analisi di disegni a punta metallica I disegni a punta metallica sono realizzati su carta preparata con pigmenti utilizzando uno stilo di metallo (Pb, Ag, Cu, Au). Osservando la traccia al microscopio si può osservare come la deposizione di metallo risulti composta da agglomerati distinti mappe elementali Misure su provini: Carta preparata con cinabro, ocra gialla, bianco di piombo e bianco d osso 100 µm max Stilo di piombo min

20 Accelerator Mass Spectrometry Per misurare l abbondanza di isotopi rari: sensibilità fino a 1 parte su per esempio 14 C preanalisi +HV stripping analisi finale sorgente (ioni negativi) In sorgente gli atomi di 14 C vengono estratti dal campione e ionizzati (ioni negativi) eliminazione 14 N. Al terminale di alta energia, gli ioni vengono convertiti in ioni positivi eliminazione isobari molecolari. Dopo l analisi in massa e energia, gli atomi vengono contati nel rivelatore. Nuovo acceleratore: precisione 0.5% Prime applicazione 14 C Altri isotopi: 10 Be, 26 Al, 129 I

21 Altre attività Analisi del particolato atmosferico con tecniche PIXE, PIGE, BS, FS sia in esterno sia in vuoto (anche applicazioni a ambienti museali) Misure di sezioni d urto di protoni su elementi leggeri (linea di fascio dedicata con camera di scattering con 66 rivelatori) Test di rivelatori utilizzati in esperimenti di ioni pesanti (linea di fascio dedicata con fascio pulsato ai 100 ps) Sviluppi futuri: Realizzazione di un sistema portatile per misure XRF Allestimento di una nuova linea di fascio per PIXE 2

Documenti analoghi

Fasci ionici all acceleratore LABEC di Firenze: sviluppi e applicazioni all analisi microscopica dei materiali

Fasci ionici all acceleratore LABEC di Firenze: sviluppi e applicazioni all analisi microscopica dei materiali Filippo Del Greco Relatore: prof. Ettore Vittone (UniTO)... Co-relatore: dott. Alessandro