radiografia con raggi x

RADIOGRAFIA con RAGGI X

SPETTRO DEI RAGGI X

eV

hcmin

Interazione raggi X-materia

- Effetto fotoelettrico

L’interazione avviene con un elettrone fortemente legato.

Ee- = h- Eb

- Effetto Compton o scattering incoerente

Interazione raggi X-materia

L’interazione avviene con un elettrone di un’orbita esterna dell’atomo.

cos1mc

h

Interazione raggi X-materia

- Produzione di coppie

Dipendenza dal numero atomico

Z4 (fotoelettrico)

Z (Compton)

Z2 (produzione di coppie)

probabilità interazione

I = I0e-s

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

I0 I

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

s

I/I0

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

Il coefficiente di assorbimento lineare dipende da:

• La densità del materiale

• Il numero atomico del materiale

• L’energia del fascio di raggi X

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

60 keV

100 keV

30 keV

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

Coefficiente di attenuazione di massa in funzione dell’energia fotonica per il piombo, compresi i coefficienti parziali.

(cm2/g)

LA RADIOGRAFIA

campione

Formazione dell’immagine radiografica

Il fascio di raggi X che incide sull’oggetto è relativamente uniforme, mentre il fascio che emerge dall’oggetto presenta variazioni locali di intensità dovute alla struttura interna dell’oggetto.

La radiografia tradizionale

Rivelatore : lastra radiografica

2

1. Minor numero di Raggi X zone chiare

2. Maggior numero di Raggi X zone scure

1

La radiografia digitale

Rivelatore digitale

IMMAGINE in cui ogni punto (pixel) contiene un numero proporzionale al segnale prodotto dai raggi X nel rivelatore

Radiografia digitale

Zone chiare: alto segnale prodotto

Zone scure: basso segnale prodotto

Confronto fra radiografia tradizionale e digitale

Chiodi

Macchie

Venature del legno

Elaborazione dell’immagine digitale1. Immagine RAW

2. Maggiore luminosità

3. Maggiore contrasto

4. Piccoli dettagli facili da individuare

CARATTERISTICHE DELL’IMMAGINE RADIOGRAFICA

Risoluzione spaziale

Contrasto

Dipende da:

Dimensioni macchia focale

Dimensioni pixel rivelatore (o grani pellicola)

Contrasto

La risoluzione spaziale è la minima distanza tra due punti dell’oggetto che vediamo ancora distinti nell’immagine.

Caratteristiche dell’immagine radiografica: Risoluzione spaziale

Esempio: due linee(loro distanza)

5 lp/mm, ovvero 5 coppie di linee per mm

(100 m)

Caratteristiche dell’immagine radiografica: Risoluzione spaziale: come si misura?

Massimo numero di linee per millimetro ancora distinguibili tra loro [lp/mm]

MIRA OTTICAMIRA OTTICA

Differenza di segnale tra due punti dell’immagine.

• Contrasto oggetto (densità o numero atomico)

• Energia raggi X e quindi differenza di potenziale nel tubo

• Risposta rivelatore

Raggi X

Segnale I2

Segnale I1

Caratteristiche dell’immagine radiografica: il contrasto

1

21

I

IIC

Radiografia a 42 kV Radiografia a 21 kV

Caratteristiche dell’immagine radiografica: il contrasto, esempio

• Come otteniamo il miglior contrasto nell’immagine radiografica?

Caratteristiche dell’immagine radiografica: il contrasto

Avevamo detto...

µ: coefficiente di attenuazione lineare

• Energia della radiazione• Densità e numero atomico del materiale

I = I0 e-µx

Scelta dell’energia ottimale per la misura

In genere conviene scegliere un valore di µ per cui risulti:

µx = 2

I = I0 e-µx

Esempio

µ = circa 0.5 cm-1 (dalla tabella si ricava che l’energia ottimale per l’indagine è 100 keV).

campione: vaso di ceramica di spessore pari a 4 cm

tavoloattrezzato

pellicola radiograficain busta (30 x 40 cm2)

dipinto

tubo radiogeno

fascio conico raggi X (35°) d=80

cm

Schema di ripresa RX di un dipinto

Mosaico di radiografieLe pellicole radiografiche oggi disponibili sul mercato e normalmente impiegate per questo tipo di lavoro hanno dimensioni di 30 x 40 cm2.

Per ottenere immagini intere di opere aventi dimensioni maggiori della grandezza della lastra si può realizzare una sequenza di riprese radiografiche esponendo di volta in volta ogni singola pellicola fino al totale ricoprimento dell’oggetto.

Le singole radiografie vengono poi tagliate in modo da eliminare i bordi di sovrapposizione, accostate e attaccate (effetto mosaico) per avere un’immagine unica e completa.

L’immagine radiografica, ottenuta mediante accostamento di lastre esposte singolarmente mette in risalto la difficoltà di ottenere una buona mosaicatura.

Limiti del metodo Mosaico

Successivamente, esporre l’insieme con un unico irraggiamento, avendo cura di posizionare la sorgente di raggi X ad una distanza tale da consentire al fascio della radiazione di coprire totalmente l’oggetto analizzato.

Questo tipo di ripresa risulta una scelta obbligata quando è richiesta una immagine radiografica completa e priva di distorsioni..

In alternativa, è possibile accostare tra loro una serie di pellicole di formato 30x40 cm fino al totale ricoprimento dell’oggetto da radiografare.

Pala Manfredi - Chiesa di San Domenico - Siena

La radiografia è stata realizzata ponendo la sorgente, centrata sul dipinto, ad una distanza di circa 5 m per 3 ore (33 kV e 5 mA)

Mosaico di pellicole

Queste pellicole sono disponibili in rullo con larghezza di 127 cm e lunghezza fino a 30 metri.

La pellicola viene tagliata a misura secondo le necessità e confezionata in buste di materiale plastico nero, opaco alla luce visibile e di radiopacità trascurabile.

Esistono anche pellicole di grandi dimensioni.

Pellicole di grandi dimensioni

Radiopacità relative dei principali materiali costitutivi di un dipinto

Bassa

Supporti in tela (lino,canapa)

Supporti in legno (fino a 2 cm circa)

Leganti (olio, uovo, colle, ecc..)

Coloranti organici e colori acrilici

MediaSupporti in legno (oltre 2 cm)

Carbonato di calcio (preparazioni e collanti)

Solfato di calcio (gesso per le preparazioni)

Pigmenti minerali leggeri

Alta

Ocre e terre (ossidi di ferro)

Bianco di Zinco [ZnO]

Pigmenti minerali aventi peso e numero atomico medio

Molto alta

Bianco di Piombo [2PbCO3 Pb(OH)2] Minio [Pb3O4]

Giallo di Piombo e Stagno [Pb2SnO4]

Cinabro [HgS]

Elementi metallici (chiodi, staffe,…)

La radiografia di un quadro può fornire informazioni:

• sulla tecnica usata dal pittore (pigmenti impiegati, procedimento delle stesure);

• sulla presenza di eventuali pentimenti;

• su eventuali stesure sottostanti;

• sullo stato di conservazione dei materiali costitutivi;

• sull’assemblaggio della struttura;

• sugli interventi di restauro precedenti;

• può anche aiutare a stabilire l'autenticità di un'opera.

Cosa si vede con la radiografia:

Se l'abbozzo di un quadro viene tracciato con pennellate di biacca risulta perfettamente visibile nella radiografia,

mentre nel caso di quadri condotti con leggere velature successive (come quelli di Leonardo), l'indagine radiografica è poco contrastata e più difficilmente leggibile.

Se il pittore ha usato una tela od una tavola già dipinta o ha coperto stesure precedenti (specialmente se queste erano ottenute con spesse pennellate di biacca) le immagini sottostanti risultano chiaramente visibili.

Infine, disponendo delle radiografie di un certo numero di quadri dello stesso autore, è possibile identificare alcune caratteristiche specifiche della sua tecnica difficilmente imitabili da un falsario.

Cosa si vede con la radiografia:

La Radiografia:esempi ed applicazioni

per i dipinti

Principali specie legnose utilizzate come supporto per i dipinti

Radiografia

Fotografia

Verrocchio, San GirolamoGalleria Palatina - Firenze

Domenico Beccafumi, Madonna col BambinoPinacoteca Nazionale - Siena

Ignoto, sec. ?Ritratto di NobildonnaMuseo del BargelloFirenze

Radiografia Rilievo RX-VIS

Anonimo del sec. XIX - Museo dell’OPD - FirenzeOlio su tela

Radiografia

La radiografia mostra la presenza di altri due dipinti sottostanti: la copia della Venere di Urbino del Tiziano e un volto femminile visibile sul petto della Venere e ruotato di 90 gradi.

Radiografia

J. SustermansRitratto di PrelatoGalleria Palatina - Firenze

Domenico del GhirlandaioVisitazione di Santa Elisabetta

Radiografia che evidenzial’ampliamento della tavola

Mario Sironi, Meriggio Galleria d’Arte Moderna - Firenze

M. Sironi, Meriggio - RX

Mattia e Gregorio PretiTaverna

Radiografia

Particolare radiografico

Mattia PretiMuseo civico di Taverna

Particolare radiografico della tela

Fra’ BartolomeoDeposizioneGalleria Palatina - Firenze

Radiografia

La tavola dopo la rimozione della ridipintura e degli stucchi

Le tavolette

Raffiguranti due santi (Santo Apostolo e Santo Apostolo con libro).

Datate tra il 1410 e il 1415.

Attribuite a Gentile da Fabriano (1385-1427).

Di piccole dimensioni appartenenti quasi sicuramente ad un ampio complesso, probabilmente un polittico.

Sono conservate presso la Pinacoteca Nazionale di Bologna.

Due tavole raffiguranti due Santi Apostoli delle stesse dimensioni delle presenti sono conservate nella Collezione Berenson presso Villa I Tatti, Settignano (Firenze).

Sono già state attribuite a Gentile da Fabriano.

23,4 x 8,2 (cm) 23,0 x 8,3 (cm)

TAVOLA A TAVOLA B

Radiografia convenzionale

Energia 40 kVp

Corrente 1,3 mA

Esposizione 15 s

Tubo RX

lastra

tavoletta

Radiografia Digitale

tubo RX

collimatore

Asse verticale

tavoletta

fibre ottiche

EBCCD

Energia 40 kVp

Corrente 0,5 mA

Esposizione 0,1 s

Il Rivelatore Digitale

Radiografia su lastra: scansione a 800 dpi

Radiografia digitale

TAVOLA A

Radiografia su lastra: scansione a 800 dpi

Radiografia digitale

TAVOLA B

Particolare della radiografia su lastra Particolare della radiografia digitale

Rapporto di dose tra le due radiografie circa 100:1

Particolare della radiografia su lastra Particolare della radiografia digitale

Rapporto di dose tra le due radiografie circa 100:1

Analisi XRF

Parametri

• Tensione tubo 24 kV• Anodo Mo• Corrente 300 μA• Tempo 100 s

Alcuni dei pigmenti presenti

• bianco: “biacca” (PbCO3.Pb(OH2))

• rosso: lacca rossa, cinabro (HgS)

• blu: azzurrite (2CuCO3.Cu(OH)2)

• blu: lapislazzuli [3Na2O2·Al2O3·SiO2·Na2S]

11

22

33

44

55

66

77

88

99

1111

1212

13131414

Gentile da FabrianoApostolo con libro

Punti di misura XRF

10

cinabro

laccalapislazzuli

cinabro

oro a bolo (o guazzo)

cinabro e biacca

cinabro e misto

11

22

33

44

5566

77

88

9

101111

12121313

1111

1414 Gentile da FabrianoApostolo senza libro

Punti di misura XRF

azzurrite

Lacca e cinabro

cinabro e biacca

oro a bolo

terra

11

22

33

44

55

66

77

88

99

1111

1212

13131414

Gentile da FabrianoApostolo con libro

Punti di misura XRF

10

0

20

40

60

80

100

0 5000 10000 15000 20000

energia (eV)

cps

PbPb

PbPb

PbPb

CaCa AuAu AuAu

Punto 9Punto 9

Punti dimisura XRF

0

20

40

60

80

100

0 5000 10000 15000 20000

energia (eV)

cps

0

20

40

60

80

100

0 5000 10000 15000 20000

PbPb

PbPb

PbPb

CaCa

Punto 10Punto 10

11

22

33

44

55

66

77

88

99

1111

1212

13131414

Gentile da FabrianoApostolo con libro

Punti di misura XRF

0

20

40

60

80

0 5000 10000 15000 20000

energia (eV)

cps

CaCa

PbPbPbPbPbPb

Punto 14Punto 14

10

Punti dimisura XRF 0

20

40

60

80

0 5000 10000 15000 20000

energia (eV)

cps

CaCa

PbPb

PbPb

PbPbPunto 13Punto 13

AuAuAuAu

“ritagliare le figure con biacca e pennello”

da “Il libro dell’arte” di Cennino Cennini

capitolo CXL

Come dèi principalmente volgere le diademe, e granare in su l’oro e ritagliare i contorni delle figure.

Quando hai così ritrovato le diademe e e’ i fregi, togli in uno vasellino un poca di biacca ben tritata con un poca di colla temperata; e con un pennello picciolo di

vaio va’ coprendo e ritagliando le figure dal campo, sì come vedrai quelli segnolini che grattasti colla aguciella, innanzi che mettessi di bolo.

Un riscontro bibliografico

Annunciazione: dipinto su tavola (XVIII secolo)

Nel 1950, quinto centenario della nascita di Leonardo, il Museo del Louvre, proprietario di 7 dei suoi 15 dipinti, organizzò uno studio sulla sua particolare tecnica di pittura. Il Museo milanese, esaminando questi dipinti, è giunto ad alcune interessanti conclusioni.

Il Sorriso Misterioso Della Monna Lisa

La misteriosa attrazione dei ritratti di Leonardo dipende dalle sue pennellate, che sono invisibili. Il Maestro usava applicare i colori con uno spessore quasi impercettibile e costruiva il dipinto strato su strato per ottenere in ogni punto l'effetto voluto. Infatti nella radiografia svaniscono i contorni delle cose e dei dettagli.

Museo d'Arte e Scienza

ex Museo del Collezionista d'Arte

Fondazione Gottfried Matthaes - Milano

Il Sorriso Misterioso Della Monna Lisa

Una chiara dimostrazione è offerta dalla macrofotografia delle labbra della Gioconda. Queste labbra con il famoso sorriso non esistono, sono solo sfumature di colori, infatti nella radiografia sparisce ogni tratto.Il misterioso sorriso, fantasma di generazioni di ammiratori, sta, si può dire, nel fatto che esso non è reale; la sua forma e l'emozione che suscita sono lasciate alla fantasia dell'osservatore.

Museo d'Arte e Scienza

ex Museo del Collezionista d'Arte

Fondazione Gottfried Matthaes - Milano

Maestro GuglielmoCroce di Sarzana, 1138.

Radiografia dell’insieme ottenuta mediante un’unica esposizione.

Esempi di composizione dell’opera

Particolare della radiografia in cui si nota la struttura dell’opera e gli elementi che la costituiscono.

Esempi di composizione dell’opera

Giottocroce di Santa Maria NovellaFirenze

Giottocroce di Santa Maria Novella

Radiografia

Giottocroce di Santa Maria Novella

Particolari della radiografia dove risulta evidente la tecnica di costruzione del supporto

Giotto, croce di Santa Maria Novella

Schema del supporto dedotto dalla radiografia

Giotto, croce di Santa Maria Novella,Firenze

Particolare radiografico della base

Giottocroce di Santa Maria Novella

Fasi di costruzione della base deducibili dalla

radiografia

IR

Giottocroce di Santa Maria Novella

Particolare del volto di Cristo

Giottocroce di Santa Maria Novella

Particolare del volto di CristoRipresa in infrarosso

GiottoCroce dipintaTempio Malatestiano - Rimini

Fase di ripresa della radiografia in situ

GiottoCroce dipintaTempio Malatestiano - Rimini

Radiografia del corpo centrale

GiottoCroce di OgnissantiFirenze

Radiografia del corpo centrale

GiottoCroce di Ognissanti

Particolare della radiografia

GiottoCroce di Ognissanti

Ripresa in infrarosso a falsi colori

Risultati dell’ indagine radiografica

Nel caso di tavole dipinte, per quanto riguarda il supporto, si possono ricavare queste informazioni

1. Identificazione della specie legnosa ed eventuali difetti ed eventuali difetti (nodi, etc.)

2. Studio dell’assemblaggio della struttura:

Numero delle assi e tipo di taglio (radiale, tangenziale, etc.)

Disposizione delle assi ed elementi di raccordo (code di rondine cavicchi, chiodi, etc.)

Elementi decorativi (intagli, colonnine, ornati, cornici, etc.)

Metodi di ancoraggio tra le varie parti (tipo di incastri, collanti, etc.)

Presenza di materiali ammortizzanti (tele, fibre vegetali, carta, pergamena e loro disposizione tra supporto e strati preparatori)

Strati preparatori (disposizione, spessori e loro classificazione)

3. Stato di conservazione e interventi precedenti:

Attacchi di insetti xilofagi (entità e diffusione dell’attacco)

Cedimenti e rotture della struttura portante e decorativa

Precedenti manomissioni alla struttura (eliminazioni di traverse e cornici, inserimento di chiodi, etc.)

Identificazione del corpo originale dell’opera e delle successive parti aggiunte.

Risultati dell’ indagine radiografica

Nel caso di tavole dipinte, per quanto riguarda il supporto, si possono ricavare queste informazioni

1. Identificazione della specie legnosa ed eventuali difetti ed eventuali difetti (nodi, etc.)

2. Studio dell’assemblaggio della struttura:

Numero delle assi e tipo di taglio (radiale, tangenziale, etc.)

Disposizione delle assi ed elementi di raccordo (code di rondine cavicchi, chiodi, etc.)

Elementi decorativi (intagli, colonnine, ornati, cornici, etc.)

Metodi di ancoraggio tra le varie parti (tipo di incastri, collanti, etc.)

Presenza di materiali ammortizzanti (tele, fibre vegetali, carta, pergamena e loro disposizione tra supporto e strati preparatori)

Strati preparatori (disposizione, spessori e loro classificazione)

3. Stato di conservazione e interventi precedenti:

Attacchi di insetti xilofagi (entità e diffusione dell’attacco)

Cedimenti e rotture della struttura portante e decorativa

Precedenti manomissioni alla struttura (eliminazioni di traverse e cornici, inserimento di chiodi, etc.)

Identificazione del corpo originale dell’opera e delle successive parti aggiunte.

Risultati dell’indagine radiografica

Relativamente agli strati pittorici si possono ricavare queste informazioni:

1. Studio della tecnica pittorica (pigmenti impiegati, procedimento delle stesure, qualità del colore, possono anche concorrere a determinare un’attribuzione)

2. Individuazione di pentimenti (variazioni pittoriche in corso d’opera)

3. Lettura della craquelure per la caratterizzazione del degrado naturale delle superfici dipinte (per essiccamento e per invecchiamento)

4. Stato di degradazione del film pittorico causato da interventi precedenti (puliture, rintelature, etc.)

5. Reintegrazioni e stesure non originali di lacune e abrasioni.

6. Interventi pittorici debordanti sulla pittura originale o rifacimenti di parti figurative.

7. Individuazione di dipinti sottostanti (riutilizzo di un’opera precedente come supporto)

Risultati dell’ indagine radiografica

Considerando i dipinti su tela, relativamente al supporto, si possono ricavare queste informazioni

1. Identificazione delle caratteristiche della tela originale ( tipo di intreccio, titolo del filato, densità della tela, etc.)

2. Stato di conservazione delle tele originali (cuciture, strappi, etc.)

3. Identificazione del corpo originale da successive parti aggiunte

4. Modifiche delle misure originali (tracce di chiodi)

5. Strati preparatori (spessore e loro classificazione).