scienze della vita<\/a> e lo studio dei beni culturali.<\/p>\n\n\n\nNel campo della conservazione dei beni culturali, le tecniche nucleari vengono utilizzare per studiare in maniera non invasiva la composizione dei materiali che costituiscono un\u2019opera d\u2019arte e per datare i reperti organici con il metodo del radiocarbonio, effettuando un micro-prelievo.<\/p>\n\n\n\n
Si possono distinguere tre grandi famiglie di applicazioni: le analisi con fasci di ioni IBA (Ion Beam Analysis<\/em>), la datazione con spettrometria di massa con acceleratore (AMS) e le tecniche basate sulla luce di sincrotrone.<\/p>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Analisi di beni culturali con fasci di ioni<\/h2>\n\n\n\n
Nelle tecniche IBA un fascio di particelle cariche, in genere protoni con energia di pochi MeV, colpisce l’oggetto da studiare. L’interazione fra i protoni del fascio e gli atomi che costituiscono l\u2019oggetto induce l\u2019emissione di diversi tipi di radiazione, che “firmano” gli elementi chimici presenti:<\/p>\n\n\n\n
\n- PIXE<\/strong> (Particle Induced X-ray Emission<\/em>): sfrutta l’emissione di raggi X caratteristici di ciascun elemento e permette di identificare pigmenti, leghe metalliche, vetri e pietre preziose.<\/li>\n\n\n\n
- PIGE<\/strong> (Particle Induced Gamma-ray Emission<\/em>): sfrutta l’emissione di raggi gamma ed \u00e8 utile per identificare elementi leggeri come sodio, fluoro e boro.<\/li>\n\n\n\n
- RBS\/EBS<\/strong> (Rutherford \/Elastic Backscattering Spectrometry<\/em>): analizza le particelle del fascio diffuse all’indietro e restituisce informazioni sulla composizione in funzione della profondit\u00e0, per esempio sullo spessore di patine e di strati di corrosione.<\/li>\n\n\n\n
- DPAA<\/strong> (Deep Proton Activation Analysis)<\/em>:\u00a0si basa sulla produzione di isotopi radioattivi in seguito a reazioni nucleari indotte dai protoni del fascio sui nuclei atomici di cui \u00e8 costituito il reperto in esame, permettendo di concentrare l\u2019analisi nella zona interna del reperto stesso.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
L’elemento decisivo per l\u2019analisi dei beni culturali \u00e8 la cosiddetta linea a fascio estratto in aria<\/strong> (external beam<\/em>): invece di inserire l’oggetto in una camera a vuoto, il fascio esce dalla linea attraverso una sottile finestra e percorre l\u2019ultimo tratto verso l’oggetto in atmosfera. Cos\u00ec si possono analizzare oggetti di qualsiasi dimensione, anche fragili, senza prelievi di campione, assicurandosi che l\u2019intensit\u00e0 del fascio sia cos\u00ec bassa da non lasciare segni visibili, si possono eseguire misure completamente non invasive.<\/p>\n\n\n\nIl Laboratorio di tecniche nucleari per l’Ambiente e i Beni Culturali (LABEC)<\/strong> ospitato nella sezione INFN di Firenze e gestito in collaborazione con il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell\u2019Universit\u00e0 degli Studi di Firenze, dispone di linee di fascio dedicate ai beni culturali e collabora da anni con Musei, Soprintendenze e Istituti di restauro. Operativo dal 2004 il LABEC \u00e8 dotato di un acceleratore elettrostatico Tandetron da 3 MV ed \u00e8 tra i pionieri dei fasci estratti in aria.<\/p>\n\n\n\nIl punto di forza \u00e8 l’approccio detto Total-IBA<\/strong>: PIXE, PIGE e RBS\/EBS vengono eseguite insieme sullo stesso punto e si completano a vicenda. Inoltre, cambiando l’energia del fascio (PIXE differenziale), per esempio da 3 a 1 MeV, si possono sondare profondit\u00e0 diverse per ottenere informazioni stratigrafiche, particolarmente utili nei dipinti, dove i pigmenti sono stesi in strati sovrapposti.<\/p>\n\n\n\nNello studio delle opere d\u2019arte \u00e8 fondamentale la collaborazione con Musei e Istituti che si occupano di conservazione.<\/p>\n\n\n\n
La collaborazione con l’Opificio delle Pietre Dure di Firenze<\/strong>, per esempio, ha portato negli anni a studiare, con l\u2019acceleratore del LABEC, capolavori come il Ritratto Trivulzio<\/em> di Antonello da Messina, la Madonna con Bambino<\/em> di Mantegna e la Madonna dei Fusi<\/em> di Leonardo. Questo tipo di analisi \u00e8 per\u00f2 limitato dalla difficolt\u00e0\/’impossibilit\u00e0 di trasportare i capolavori in laboratorio, operazione che comporta notevoli rischi in termini logistici, di costi e di salvaguardia dell\u2019opera stessa. Per questo, negli ultimi anni, la maggior parte delle analisi \u00e8 stata svolta direttamente nei laboratori dell\u2019Opificio con strumentazione portatile basata su raggi X (Fluorescenza a raggi X) sviluppata dalla sezione di Firenze. Questa strumentazione non ha ovviamente la “potenza” di un acceleratore di particelle, ma rappresenta un buon compromesso per fornire informazioni senza dover spostare l\u2019opera.<\/p>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
MACHINA: un acceleratore portatile per i beni culturali<\/h2>\n\n\n\n
Per permettere di avere prestazioni paragonabili a quelle degli acceleratori installati nei laboratori di fisica, ma senza dover trasportare le opere, l’INFN e il CERN, insieme all\u2019Opificio delle Pietre Dure, hanno sviluppato il progetto MACHINA<\/strong> (Movable Accelerator for Cultural Heritage In-situ Non-destructive Analysis<\/em>).<\/p>\n\n\n\nMACHINA \u00e8 il primo acceleratore trasportabile di particelle dedicato allo studio, mediante tecniche IBA, dei beni culturali. \u00c8 costituito da una cavit\u00e0 accelerante a radiofrequenza lunga circa un metro, basata su quadrupolo a radiofrequenza.<\/p>\n\n\n\n
Il suo ingombro e peso ridotti e la bassa potenza assorbita lo rendono uno strumento adatto ad essere installato anche in ambienti ben diversi da un laboratorio di fisica, come ad esempio un laboratorio di restauro. MACHINA sar\u00e0 quindi installato presso l’Opificio delle Pietre Dure, in cui potr\u00e0 analizzare le molte opere \u201cricoverate\u201d durante il restauro.<\/p>\n\n\n\n
Da qui, proprio per le caratteristiche appena descritte, MACHINA potr\u00e0 anche essere trasportato in musei e siti di conservazione per raggiungere opere inamovibili o troppo fragili.<\/p>\n\n\n\n
MACHINA accelera un fascio pulsato di protoni fino a 2 MeV, pesa complessivamente meno di 1500 kg e ha un ingombro inferiore ai 10 m\u00b2. Assorbe una potenza inferiore a 15 kW ed \u00e8 operativo in circa un\u2019ora dall\u2019accensione.<\/p>\n\n\n\n
Sicuro in termini di radioprotezione, grazie a soluzioni che permettono di contenere moltissimo la radiazione prodotta dall\u2019impatto del fascio sui materiali analizzati, rivoluzioner\u00e0 le tecniche di analisi in situ.<\/p>\n\n\n\n
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Spettrometria di massa con acceleratore per datare i beni culturali<\/h2>\n\n\n\n
Il metodo di datazione al radiocarbonio si basa sulla misurazione del carbonio-14, un isotopo radioattivo presente\u00a0 nei materiali organici. La spettrometria di massa con acceleratore (AMS) permette di misurare la concentrazione residua di radiocarbonio minimizzando la massa di campione da analizzare e ottenendo risultati in tempi brevi.<\/p>\n\n\n\n
Questo tipo di analisi richiede il prelievo di un campione, anche se di massa molto ridotta (decine di milligrammi), in genere non compromettendo l’integrit\u00e0 dell’oggetto. Sono adatti alla datazione tutti i materiali organici, come per esempio frammenti di tessuto vegetale o animale, frammenti di legno e carbone, carta o pergamena. In diversi siti INFN esistono laboratori dedicati alla tecnica AMS attivi anche in ambito archeologico e storico-artistico.<\/p>\n\n\n\n
Un\u2019applicazione particolare della datazione con AMS consiste nell\u2019analisi di manufatti contemporanei. Un caso emblematico \u00e8 quello di Contraste de formes<\/em>, dipinto attribuito a Fernand L\u00e9ger e conservato alla Collezione Peggy Guggenheim di Venezia, sospettato di falsit\u00e0 fin dall’acquisto negli anni Sessanta e mai esposto. Il LABEC, insieme all’INFN di Ferrara, ha datato un campione prelevato dal bordo posteriore della tela: il risultato indica un’epoca posteriore al 1959, data successiva alla morte di L\u00e9ger, avvenuta nel 1955.<\/p>\n\n\n\n <\/h2>\n\n\n\nLa luce di sincrotrone<\/h2>\n\n\n\n
Un sincrotrone \u00e8 un acceleratore in cui gli elettroni vengono accelerati lungo un percorso circolare. Curvando sotto l’azione di campi magnetici, gli elettroni emettono una radiazione estremamente intensa e ben collimata con lunghezza d\u2019onda che va dall’infrarosso ai raggi X. Sfruttando l\u2019intensit\u00e0 elevatissima di questa luce, si riescono a realizzare esperimenti impossibili con sorgenti convenzionali.<\/p>\n\n\n\n
Le applicazioni ai beni culturali sono:<\/p>\n\n\n\n
\n- Fluorescenza X e mappe elementari<\/strong>: per vedere come sono distribuiti i diversi elementi su un’intera superficie dipinta e riconoscere pigmenti e tracce di stesure sottostanti.<\/li>\n\n\n\n
- Spettroscopia di assorbimento e diffrazione di raggi X<\/strong>: per capire non solo quali elementi sono presenti, ma anche in quale forma chimica e cristallina, informazione essenziale per interpretare i processi di degrado.<\/li>\n\n\n\n
- Tomografia a raggi X ad alta risoluzione:<\/strong> per esplorare l’interno di oggetti fragili come fossili, reperti archeologici e manufatti compositi senza aprirli.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
Sebbene la luce di sincrotrone venga oggi prodotta principalmente in strutture dedicate, essa \u00e8 intrinsecamente legata alla fisica delle particelle accelerate su traiettorie curve. Per questo motivo, pu\u00f2 essere raccolta e sfruttata anche in macchine nate con scopi diversi.<\/p>\n\n\n\n
Un caso emblematico di questa sinergia \u00e8 il laboratorio DAFNE-Luce dei Laboratori Nazionali di Frascati<\/strong>. DAFNE, infatti, nasce originariamente come collisore per lo studio della fisica delle alte energie, tuttavia, gli elettroni e i positroni che viaggiano ad altissima velocit\u00e0 nei suoi anelli emettono una radiazione di sincrotrone che viene utilizzata per ricerche interdisciplinari, incluse le applicazioni all’avanguardia sui beni culturali.<\/p>\n\n\n\nUn caso recente riguarda il restauro del dipinto Spitz-Rund<\/em> (1925) di Wassily Kandinsky dove \u00e8 stata rimossa una vernice non originale, identificata come resina chetonica, probabilmente applicata dagli anni Cinquanta in poi, in sostituzione delle resine naturali e responsabile di aver alterato la brillantezza voluta dall’artista. L’intervento, nato dalla collaborazione tra la GAMeC di Bergamo, il Centro Conservazione e Restauro “La Venaria Reale” e il Dipartimento di Chimica dell’Universit\u00e0 di Torino, \u00e8 stato preceduto da prove su campioni che riproducevano la tecnica e la stratigrafia del dipinto. Il contributo del laboratorio DAFNE-Luce<\/strong> ha riguardato le analisi di spettroscopia FT-IR in riflessione, eseguite con strumentazione portatile prima e dopo la pulitura. I dati hanno confermato la completa rimozione della resina e il ritorno alla vista del legante originale, confermando come fisica e restauro possano lavorare insieme per definire protocolli efficaci e sicuri anche sulle opere contemporanee.<\/p>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n