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Luso degli acceleratori di particelle per
analisi di opere darte e datazione di reperti
archeologici
Perugia, 27 maggio 2005
Pier Andrea Mandò Dipartimento di Fisica e
Sezione INFN - Firenze
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La nuova Scienza per i Beni Culturali

• Chimica, fisica, scienze della terra, biologia,
  con le rispettive tecnologie, sono diventate
  estrememente importanti per lo studio e la
  salvaguardia del nostro patrimonio storico e
  artistico
• Un fatto ormai ampiamente riconosciuto anche
  dalla stessa comunità umanistica
• E reciprocamente, le istituzioni scientifiche
  hanno preso consapevolezza dellimportanza di
  questa integrazione di culture

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Ruolo della Scienza per i Beni Culturali

• Schematizzando, sono due i campi in cui le
  discipline scientifiche hanno una funzione
  cruciale
• 1) conoscenza delle opere e del loro stato di
  salute
• 2) conservazione e restauro

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Ruolo della Fisica per i Beni Culturali

• La Fisica riveste oggi un ruolo dominante nel
  primo campo, quello della diagnostica
• principalmente grazie al carattere non invasivo
  della grande maggioranza delle tecniche fisiche

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E qual è lo specifico contributo della Fisica
Nucleare alla nuova Scienza per i Beni
Culturali?

• datazioni di reperti
• 14C (radiocarbonio)

• analisi di materiali tecniche IBA

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Principio delle datazioni col 14C
(with
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Misura della concentrazione residua di 14C con un
acceleratore (AMS ? Accelerator Mass
Spectrometry)
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Misura del 14C con AMS
Sensibilità selettiva straordinaria (10-15)

• sono databili reperti risalenti fino a oltre
  50000 anni fa
• massa del campione da sacrificare per la
  datazione ? 1 mg

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(No Transcript)
10
(No Transcript)
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(No Transcript)
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Laboratorio preparazione campioni per misure AMS
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Laboratorio preparazione campioni per misure AMS
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Campagne di datazione

• Archeometallurgia dellEtruria settentrionale
• (Sovrintendenza archeologica della Toscana, Dip.
  di Archeologia Univ. di Siena, Dip. di Scienze
  della Terra Univ. Firenze)
• Scavi Grandi Uffizi
• (Ministero Beni Culturali, Dip. di Archeologia
  Univ. di Siena)
• Tavole lignee di presunta epoca rinascimentale
• (Opificio delle Pietre Dure)

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Datazione di campioni prelevati dalle due tavole
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Analisi di composizione di materiali in
archeometria a chi serve, e per sapere cosa

• 1) Storici dellarte, archeologi, storici della
  scienza e delle tecnologie,....
• informazioni specifiche su singole opere
• informazioni più generali su tecnologie di
  produzione, fonti di approvvigionamento, canali
  di scambio commerciali nel passato,....

2) Conservatori e restauratori conoscenza dello
stato di degrado conoscenza dei materiali
originali per scegliere la tecnica e i materiali
dellintervento conservativo
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Ion Beam Analysis (IBA)
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Ion Beam Analysis
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Ion Beam Analysis
raggi X (PIXE)
a
particelle diffuse elasticamente (RBS)
raggi gamma (PIGE)
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PIXE(Particle-Induced X ray Emission)

• Analisi molto veloce, sensibile, non distruttiva
• Analisi quantitativa
• Tutti gli elementi a partire dal Na (incluso)
• rivelati simultaneamente

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(No Transcript)
22
(No Transcript)
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Un sistema di misura essenziale in campo
archeometrico il set-up di fascio esterno
1 cm
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Analisi di manoscritti antichi,
...terrecotte invetriate,
Analisi del Ritratto di fanciullo di Luca
Della Robbia prima del restauro allOpificio
delle Pietre Dure di Firenze
Analisi PIXE con fascio esterno del frontespizio
del Pl.16,22, dalla Biblioteca Laurenziana di
Firenze
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Misure micro-PIXE del Ritratto di Lucas de Leyde
di Albrecht Dürer A.Duval et al., (Laboratori
del Louvre)
...analisi di disegni,
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• ...o di qualunque altra cosa possa interessare

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Analisi di documenti di interesse storico
(INFN FI, Bibl.Naz. FI, MPI Berlin) Misure PIXE
per determinare quantitativamente la composizione
di inchiostri antichi Contributo importante alla
ricostruzione cronologica degli appunti di
Galileo sul moto Confronto della composizione
dellinchiostro negli appunti (non datati) con
quella di documenti datati (lettere, etc.)
Una lettera di Galileo durante lanalisi PIXE con
fascio esterno al vecchio acceleratore di Firenze
28
Alcuni dei fogli del Ms.Gal.72 (Bibl. Naz.
Firenze)
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Un database prezioso di inchiostri datati la
agendina di Galileo (Ms.Gal.26)
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Come si discriminano inchiostri diversi con PIXE
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v(s), v(t), s(t)Foglio 128il punto di
partenza
...che il grave cadente naturalmente vada
continuamente accrescendo la sua velocità....
...secondo che accresce la distanza dal termine
onde si partì....
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Datazione del f.128
33
v(s), v(t), s(t) Foglio 164v il risultato
finale
...sunt inter se ut radices distantiarum...
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Foglio 164v
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Analisi di pitture su tavola o tela
Per capire i segreti delle tecniche pittoriche
di artisti famosi e/o ricostruire la storia di
uno specifico quadro (possibilità che sia un
falso, restauri precedenti, etc.)
Analisi di un quadro di Lucas Cranach il
vecchio, effettuata al Rossendorf
Forschungszentrum, Dresden, Germania
(C.Neelmeijer, et al.)
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• La struttura a strati delle pitture su tavola o
  tela
• Due problemi
• 1) discriminare le componenti della vernice da
  quelle negli strati pittorici e nel fondo di
  preparazione
• 2) Rivelare gli elementi leggeri negli strati
  pittorici sottostanti la vernice (assorbimento
  degli X di bassa energia)

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Certe volte può esser facile...
S. Giovanni e S. Paolo, pitture su tavola di
Andrea di Bartolo (Siena, XIV sec.)
Precedenti restauri incompiuti (inizio XX secolo)
avevano lasciato in superficie parti scoperte dei
differenti strati di pittura, del substrato di
preparazione, o perfino del legno
38
(No Transcript)
39
...ma non sempre è così facile!
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Leonardo da VinciMadonna dei fusi versione
ex-Reford (collezione privata)
Olio su tavola, 50 x 36 presumibilmente dipinto
nel 1501
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PIXE differenziale per distinguere i contributi
dei differenti strati
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Spettri PIXE a energie differenti
Strato pittorico di azzurro (lapislazzuli) steso
su preparazione di solfato di calcio
3 MeV
1.7 MeV
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• La struttura a strati delle pitture su tavola o
  tela
• Due problemi
• 1) discriminare le componenti della vernice da
  quelle negli strati pittorici e nel fondo di
  preparazione
• 2) Rivelare gli elementi leggeri negli strati
  pittorici sottostanti la vernice (assorbimento
  degli X di bassa energia)

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(No Transcript)
45
Arrivo in laboratorio
46
(No Transcript)
47
mentre si sistema nel punto di misura...
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durante lanalisi
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Composizione della vernice
Questa vernice è risultata non puramente
organica. Modeste concentrazioni di elementi
inorganici sono state dedotte dagli spettri PIXE
ottenuti alle energie di fascio più basse, quando
i protoni non raggiungono gli strati di pittura e
di preparazione.
Lo spessore dello strato di vernice, dedotto dal
confronto dei diversi spettri di PIXE
differenziale, varia fra 30 e 50 micron
Spettri tipici della vernice relativi a a)
elementi a basso Z b) elementi ad alto Z
50
Incarnato
a
b
Hg ? uso del cinabro come pigmento rosso Pb ?
bianco di piombo, sia nello strato pittorico che
nel substrato di preparazione.
c
d
I picchi del Ca e del Fe sono interamente dovuti
alla presenza di quegli elementi nella vernice
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Si può fare anche un microfascio di protoni in
aria
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vista dallalto del punto di misura col
microfascio (si vedono le lenti magnetiche, il
nasino di uscita, i rivelatori X e gamma,
telecamere-microscopio)
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(No Transcript)
54
Dimensioni del fascio sul bersaglio (in aria) ?
10 ?m
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Applicazioni principali in geologia,
elettronica, biologia, ma anche in problemi di
interesse nel campo dei beni culturali per es. i
disegni a punta metallica
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VARI TIPI DI PUNTA METALLICA PER DISEGNARE SU
CARTA ( Köln, museo diocesano)
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PUNTA DARGENTO USATA DA HANS CRANACH Hannover,
Landesmuseum
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ROGIER VAN DER WEYDEN S. Luca che ritrae la
Vergine (particolare) Boston, Museum of Fine
Arts
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PAOLO UCCELLO STUDIO DI CAVALIERE Uffizi,
Gabinetto Disegni e Stampe Punta metallica e
bianco di piombo carta preparata, verde-terra
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PISANELLO PROFILO DI DONNA PARIS, LOUVRE punta
metallica su carta preparata bianca
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BENOZZO GOZZOLI COPIA DAL GRUPPO DEI DIOSCURI DI
MONTE CAVALLO LONDON BRITISH MUSEUM punta
metallica e bianco di piombo, carta preparata
azzurra
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LEONARDO DA VINCI STUDIO DI DRAPPEGGIO ROMA,
ISTITUTO NAZIONALE PER LA GRAFICA punta
metallica, bianco di piombo carta preparata rossa
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Il problema è la traccia non uniforme lasciata
dalla punta metallica, in presenza di carta
preparata che contenga composti del medesimo
metallo
1 mm
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Carta preparata con cinabro bianco di piombo
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Inchiostri metallo-gallici
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Foto in luce normale
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Foto in luce normale
Foto con retroilluminazione
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Foto in luce normale
Foto con retroilluminazione
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Conclusioni

• Le applicazioni di tecniche nucleari ai Beni
  Culturali sono veramente tante (molte più di
  quanto io non abbia potuto raccontare) e portano
  a risultati effettivamente utili
• Cè ancora molto da migliorare in termini di
  adattamento delle nostre tecniche alle specifiche
  esigenze di questo settore, molto da fare per
  estendere ulteriormente le possibili
  applicazioni, molto per noi da imparare dagli
  umanisti

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Presso il Polo Scientifico dellUniversità degli
Studi di Firenze, Sesto Fiorentino
http//labec.fi.infn.it
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Grazie agruppo LABECLuca CARRARESI, Agnese
CARTOCCI, Massimo CHIARI, Mariaelena FEDI,
Lorenzo GIUNTINI, Novella GRASSI, Franco
LUCARELLI, Marco MANETTI, Mirko MASSI,
Alessandro MIGLIORI, Antonio MIRTO, Silvia NAVA,
Francesco TACCETTI
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e grazie mille a voi per lattenzione!
mando_at_fi.infn.it