Visualizzazioni totali

Protoni accelerati come sonda dei beni culturali: l’emissione di Raggi X indotta da protoni (PIXE)

La diagnostica e la conservazione dei beni culturali richiedono spesso come primo step dell’analisi un rapido studio del volume del manufatto che sia in grado di identificare se vi sono elementi chimici degni di uno studio aggiuntivo. In tal caso, questi saranno condotti con maggiore risoluzione spaziale; al contrario, se la superficie risulterà pulita, l’analisi continuerà in un’altra zona del manufatto. 

In passato nel blog abbiamo già parlato di diverse spettroscopie di superficie capaci di fornire informazioni chimiche sul campione, ad esempio la spettroscopia di Fotoluminescenza di raggi X (XRF), la spettroscopia di Fotoemissione o la Raman

Oggi parleremo di tecniche più sofisticate e costose, basate sulla fisica nucleare come l’Emissione di Raggi X o Gamma indotta da Protoni (PIXE e PIGE). In questo caso, particelle pesanti come i protoni sono impiegate per creare delle vacanze nei livelli elettronici più interni degli atomi del campione. I raggi X e Gamma, generati dalla diseccitazione delle vacanze, sono misurati rispetto alla propria energia, la quale dipenderà dalla chimica degli elementi presenti nel sistema analizzato. Il vantaggio della PIXE, rispetto alla XRF, verte sulla possibilità di focalizzare e guidare i protoni su percorsi più lunghi senza perdita di intensità, favorendo fluenze sul campione molto più elevate. Tuttavia, questi studi richiederebbero acceleratori di particelle in laboratori dedicati e particolari condizioni, come il controllo della temperatura o la stabilizzazione dell’ultra-alto vuoto. 

Il fascio di particelle incidenti, formato da protoni con energia media di 1-5MeV, è classicamente prodotto in compatti ciclotroni. Ma quali sono i principi alla base di questo acceleratore? Una particella carica q e velocità v, sottoposta a un campo magnetico B, risente della forza di Lorentz F, la cui intensità è data da: F=qvB e la direzione è tale da indurre la carica a muoversi lungo un’orbita circolare. Nel ciclotrone, quindi, gli ioni sono immersi in un campo magnetico e seguono traiettorie circolari in due camere di metallo semicircolari chiamate D. Quando gli ioni sono all’interno dei D sentono solo il campo magnetico e la loro traiettoria è circolare. Nel gap tra i due D gli ioni vengono accelerati da un campo elettrico. Ad ogni semigiro il campo elettrico tra i D viene invertito, acquistando velocità. 
Esempio schematizzato del funzionamento di un ciclotrone

La spettroscopia PIXE condotta in laboratori tradizionali richiede lunghi tempi di acquisizione, con conseguente maggiore probabilità di danneggiamento del campione. Inoltre, si tratta di metodi diagnostici difficilmente adattabili e tunabili: cambiare l’energia delle particelle accelerate può richiedere almeno decine di minuti. Per tale ragione, Barberio et al. nel loro studio hanno condotto misure PIXE con protoni accelerati mediante l’utilizzo di radiazione laser. Si tratta di un fascio di impulsi di 700 fs con lunghezza d’onda di 1054 nm che sono focalizzati su un target solido in grado di generare protoni accelerati grazie al meccanismo TNSA (per gli interessati: http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC2014/papers/tupme033.pdf). 

La tecnica è stata quindi impiegata per analizzare bronzo, argento e oro puro, marmo di Carrara e una ceramica antica: i risultati sono in accordo con le misure XRF. Inoltre, questo assetto sperimentale presenta alcuni vantaggi, che risultano importanti per campioni appartenenti ai beni culturali: (i) consente di variare la fluenza incidente accumulando l’effetto di un treno di impulsi, (ii) essendo il tempo tra due impulsi successivi sufficientemente lungo, le elevate temperature indotte hanno il tempo di abbassarsi, riducendo eventuali effetti di danneggiamento, (iii) è possibile cambiare l’energia delle particelle. 

Alessandra 

Bibliografia:
M. Barberio, S. Veltri, M. Scisciò & P. Antici, Laser-Accelerated Proton Beams as Diagnostics for Cultural Heritage, Scientific Reports volume 7, Article number: 40415 (2017)
C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica 2. Elettromagnetismo-ottica, Liguori Editori

Commenti

Posta un commento

Etichette

Archeologia Emanuele Dell'Aglio Film&Art Metalli Silvia Soncin Chimica Conservazione Colore Restauro Analisi Diagnostiche Musei Tecniche non invasive Degrado Diagnostica non invasiva Research for Cultural Heritage Resti Umani Spettroscopia Raman UNESCO News from Diagnostic World Spettroscopia Carta Datazione Elettrochimica Film Imaging Archeometria Arte Contemporanea Ceramica Coloranti Corrosione Dipinti Gemme Lapidei Medioevo Pittura Spettrometria di Massa Spettrometro di Massa Studi di provenienza Van Gogh Vetro Alessadra Virga Audiovisivi Bronzo ENEA Egitto Laser Leonardo da Vinci Machine Learning Materiali Materiali di origine animale Museo NfDW Papiri Picasso Piombo Rame Sincrotrone Voltammetria di Microparticelle arte libro tecnica pittorica tessuti vegetali Adorazione dei Magi Alimenti Antropologia Archeoastronomia Artemisia Gentileschi Biodeterioramento Cervello Cinema Costantino D'Orazio DNA Dagherrotipia Data Science Diagnosta Ercolano Ferro Firenze Galleria degli Uffizi Gialli di cadmio Graphic Novel Inquinamento Atmosferico KHA Legno Leonardo Libri Luce Mass Spectrometry Materiali cartacei Memoria Michelangelo Microscopia Monitoraggio Nanomateriali Ottica Papiri carbonizzati Parchment Pellicole Prodotti innovativi Proteine Restauro digitale Rinascimento Roma SERS Storia del Restauro Strumenti musicali Tecnologie Termoluminescenza Vermeer Vesuvio Vincent Van Gogh ZooMS acceleratori adesivi autori ospiti biologia calce cancro del bronzo colla colorante dipinti ad olio doratura inchiostri isotopi stabili leganti pietre preziose pulitura radiocarbonio raggi-X supporto scrittorio ANEDbc ANOVA ATR Ablation Actinobatteri Adriana Iuliano Affresco Alabastro Alberto Angela Alessandro Guiccioli Ambiente Amedeo Modigliani Analisi degli Isotopi Stabili Analysis of variance Anton Cechov Antonio Ligabue Antonio Stradivari Arazzi Archeologia Giudiziaria Archeologia Invisibile Archeologia subacquea Archeology Archeomafie Architettura Argento Arsenico Arte Povera Arte moderna Arte naif Artista Assorbimento Atacama Attribuzione Autobiografia Avorio Azzurrite Beatrice Luzi Benedetta Vitale Benzotriazolo Bible Bioprodotto Biopulitura Birra Blu Bolzano Book CERN CSGI Caffè Calchi Cammeo Campus Ravenna Cantiere Cappella Scrovegni Caravaggio segreto Casa del Bicentenario Cemento Ceprano Christie's Chrozophora tinctoria Ciclo pittorico Cile Cina Cinquecento Cioccolato Claudia Cricchio Cleaning Codice dei beni culturali Colori Conservazione Preventiva Coppa di Licurgo Coronavirus Crimini contro il Patrimonio Culturale Cromatografia DESY DNA antico Datazione U-Th Datazione al radiocarbonio Declorazione Diamanti Diffrattometria Neutronica Dimorfismo Sessuale Donatello ESRF Edmond de Belamy Elementi in traccia Elio Giordano Emanuele Imbucci Enrico Lo Verso Esposizione Eufronio FT-IR Falsificazione Fenici Final Portrait Fotocatalizzatori Fotoemissione Fotografia Fotoluminescenza Francesca Gherardi Frida Kahlo Fruizione Gaia Piccardi Gaia Servadio George Byron Gesso Ghisa Giacometti Gioacchino Rossini Gioconda Giorgio Diritti Golden Lilium Gallery Goujian Gran Sasso Heinrich Schliemann Howard Carter INFN IRMS Idrogel Nanostrutturato Il viaggio a Reims Illuminazione Imaging XRF Inibitori Biologici Insetti Internet of Things Intervista Io sono fuoco Isabella Otto Italia Ivano Marescotti Johannes Vermeer John Ruskin LAM LIF Laboratorio Laboratorio Arvedi di Diagnostica Non-Invasiva Lacca Lacche Lapislazzuli Laser Scanner Laura Parducci Layer Amplification Method Lazurite Leghe MIUR Macchina di Antikythera Margaret Keane Maria Bernadette Melis Marina Abramovic Marmo Matisse Maya Blu Mercurio MiBACT Michelangelo Buonarroti Michelangelo infinito Microclima Microscopia elettronica ESEM Microstruttura Mikhail Bulgakov Modelli tridimensionali Modigliani Modì Monetazione Romana Monna Lisa Mozia Muoni Murex Brandaris Musei Vaticani Musei virtuali Museo Archeologico dell'Alto Adige Museo Egizio Nanocellulosa Nanotecnologie Nasiergel Nastri magnetici Neandertal Nopalgel Northumbria University Notre Dame de Paris Obvious Occhio Opera lirica Opera&Art Opere Policrome Opificio delle Pietre Dure Ossidiane Ossido di Zinco Ottica Non Lineare PIXE Padova Palazzo Guiccioli Palmira Percezione Performance Pergamena Perkin Peste Petrografia Philippe Daverio Physically Based Renderer Piogge acide Pompei Porcellana Porpora Porpora di Tiro Potere Risolutivo Progetto Grande Rilevanza Italia - Messico RGB Rafael Parra Reazioni chimiche Reggia Rendering Repliche Research Riflessione Risoluzione SEM-EDS Sacra Sindone Sali solubili Salvator Mundi Scientia ad Artem3 Seconda Armonica Sheele Sindone Sistina Smaltino Smeraldo Sofia Podestà Solfatazione Spettroscopia FTIR Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica Spolvero Sticky-Shed Syndrome Stonehenge Storia dell'arte Storie dell'arte Storie di Sant'Orsola Street art Strontium isotopes Strumenti ad arco TEM TLS Tecnica EVA Teleri Teoria del Restauro Terahertz The cleaner Titanio Tiziana Pasciuto. Tomografia Computerizzata (CT) Tomografia a Raggi X a Contrasto di Fase Turismo Tutankhamon Università di Bologna Urina VIMP VMP Valentina Risdonne Venaria Reale Venezia Verde Victoria and Albert Museum Vinegar Syndrome Vino Violini Viollet-le-Duc Visione Vittore Carpaccio Volevo nascondermi William Turner Workshop XPS XRF Zooarchaeology Zucchero affreschi algoritmo ambra ametista art bagnabilità cera ciclotrone cinabro cloro code colla animale colla di bue colla forte collanti colorante di sintesi cultural heritage dieta escher foglia d'oro folle storia dell'arte follia formula chimica garavella giallo indiano i colori dell'anima idrogel il gesto dell'arte illusioni ottiche imprimiture liuteria malattia mentale manoscritti medievali marine reservoir effect mauveina minerali mosaico mostra nastri adesivi natura del materiale nerofumo oli siccativi origine animale origine vegetale oro particelle pelle processo fotossidativo proteomica protoni registri mortuari Milano rimozione ritratto rosso significato sintetici solubilità sostanze adesive statistica storia del papiro storico dell'arte tempere tempere polisaccaridiche tempere proteiche tempo di presa tintura tinture triangolo di Teas viola viscosità Ötzi
Mostra di più