RADIOGRAFIA con RAGGI X

SPETTRO DEI RAGGI X

Interazione raggi X-materia - Effetto fotoelettrico L’interazione avviene con un elettrone fortemente legato. Ee- = hn- Eb

Interazione raggi X-materia - Effetto Compton o scattering incoerente L’interazione avviene con un elettrone di un’orbita esterna dell’atomo.

Interazione raggi X-materia - Produzione di coppie

Dipendenza dal numero atomico Z4 (fotoelettrico) Z (Compton) Z2 (produzione di coppie) probabilità interazione 

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA I = I0e-ms

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA I/I0 s

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA Il coefficiente di assorbimento lineare m dipende da: Il numero atomico del materiale La densità del materiale L’energia del fascio di raggi X

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA 100 keV 60 keV 30 keV

ASSORBIMENTO RAGGI X NELLA MATERIA (cm2/g) Coefficiente di attenuazione di massa in funzione dell’energia fotonica per il piombo, compresi i coefficienti parziali.

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 2 1 Rivelatore : lastra radiografica 1. Minor numero di Raggi X zone chiare 2. Maggior numero di Raggi X zone scure

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 scure: basso segnale prodotto Zone chiare: alto segnale prodotto

Confronto fra radiografia tradizionale e digitale Macchie Venature del legno Chiodi

Elaborazione dell’immagine digitale 1. Immagine RAW 2. Maggiore luminosità 3. Maggiore contrasto 4. Piccoli dettagli facili da individuare

CARATTERISTICHE DELL’IMMAGINE RADIOGRAFICA Risoluzione spaziale Contrasto

Caratteristiche dell’immagine radiografica: Risoluzione spaziale La risoluzione spaziale è la minima distanza tra due punti dell’oggetto che vediamo ancora distinti nell’immagine. Esempio: due linee (loro distanza) Dipende da: Dimensioni macchia focale Dimensioni pixel rivelatore (o grani pellicola) Contrasto

5 lp/mm, ovvero 5 coppie di linee per mm Caratteristiche dell’immagine radiografica: Risoluzione spaziale: come si misura? Massimo numero di linee per millimetro ancora distinguibili tra loro [lp/mm] MIRA OTTICA 5 lp/mm, ovvero 5 coppie di linee per mm (100 mm)

Caratteristiche dell’immagine radiografica: il contrasto Differenza di segnale tra due punti dell’immagine. Segnale I2 Raggi X Segnale I1 Contrasto oggetto (densità o numero atomico) Energia raggi X e quindi differenza di potenziale nel tubo Risposta rivelatore

Caratteristiche dell’immagine radiografica: il contrasto, esempio Radiografia a 42 kV Radiografia a 21 kV

Come otteniamo il miglior contrasto nell’immagine radiografica? Caratteristiche dell’immagine radiografica: il contrasto Come otteniamo il miglior contrasto nell’immagine radiografica?

Avevamo detto... µ: coefficiente di attenuazione lineare I = I0 e-µx Energia della radiazione Densità e numero atomico del materiale

Scelta dell’energia ottimale per la misura I = I0 e-µx In genere conviene scegliere un valore di µ per cui risulti: µx = 2

Esempio campione: vaso di ceramica di spessore pari a 4 cm µ = circa 0.5 cm-1 (dalla tabella si ricava che l’energia ottimale per l’indagine è 100 keV).

Schema di ripresa RX di un dipinto pellicola radiografica in busta (30 x 40 cm2) dipinto tavolo attrezzato fascio conico raggi X (35°) d=80 cm tubo radiogeno

Mosaico di radiografie Le 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.

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

Mosaico di pellicole 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 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.. 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)

Pellicole di grandi dimensioni Esistono anche pellicole di grandi dimensioni. 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.

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 Media Supporti 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,…)

Cosa si vede con la radiografia: 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.

esempi ed applicazioni La Radiografia: esempi ed applicazioni per i dipinti

Principali specie legnose utilizzate come supporto per i dipinti Fotografia Radiografia

Verrocchio, San Girolamo Galleria Palatina - Firenze

Domenico Beccafumi, Madonna col Bambino Pinacoteca Nazionale - Siena

Ritratto di Nobildonna Ignoto, sec. ? Ritratto di Nobildonna Museo del Bargello Firenze

Radiografia Rilievo RX-VIS

Anonimo del sec. XIX - Museo dell’OPD - Firenze Olio 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.

J. Sustermans Ritratto di Prelato Radiografia Galleria Palatina - Firenze Radiografia

Domenico del Ghirlandaio Visitazione di Santa Elisabetta Radiografia che evidenzia l’ampliamento della tavola

Mario Sironi, Meriggio Galleria d’Arte Moderna - Firenze

M. Sironi, Meriggio - RX

Mattia e Gregorio Preti Taverna

Radiografia

Particolare radiografico

Mattia Preti Museo civico di Taverna

Particolare radiografico della tela

Fra’ Bartolomeo Deposizione Galleria Palatina - Firenze Radiografia

La tavola dopo la rimozione della ridipintura e degli stucchi

Le tavolette TAVOLA B TAVOLA A 23,4 x 8,2 (cm) 23,0 x 8,3 (cm) 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)

Radiografia convenzionale lastra Tubo RX tavoletta Energia 40 kVp Corrente 1,3 mA Esposizione 15 s

Radiografia Digitale tavoletta tubo RX fibre ottiche collimatore EBCCD Asse verticale Energia 40 kVp Corrente 0,5 mA Esposizione 0,1 s

Il Rivelatore Digitale

TAVOLA A Radiografia su lastra: scansione a 800 dpi Radiografia digitale

TAVOLA B Radiografia su lastra: scansione a 800 dpi 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

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]

oro a bolo (o guazzo) lapislazzuli lacca 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 Gentile da Fabriano Apostolo con libro Punti di misura XRF cinabro e misto cinabro e biacca oro a bolo (o guazzo) cinabro 10 lapislazzuli lacca cinabro

terra cinabro e biacca Lacca e cinabro oro a bolo azzurrite 14 Gentile da Fabriano Apostolo senza libro Punti di misura XRF terra 8 cinabro e biacca 9 3 5 2 6 Lacca e cinabro 13 12 11 11 4 10 oro a bolo 7 1 azzurrite

Gentile da Fabriano Punto 10 Apostolo con libro Punti di misura XRF Pb Ca Punto 10 Gentile da Fabriano Apostolo con libro Punti di misura XRF 8 5 7 1 2 10 Pb Ca Au Punto 9 9 3 12 4 11 14 13 Punti di misura XRF 6

Gentile da Fabriano Apostolo con libro Punto 14 Punti di misura XRF Ca Pb Punto 14 Gentile da Fabriano Apostolo con libro Punti di misura XRF 8 5 7 1 2 Ca Pb Punto 13 Au 10 9 3 12 4 11 14 13 Punti di misura XRF 6

Un riscontro bibliografico “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.

Annunciazione: dipinto su tavola (XVIII secolo)

Il Sorriso Misterioso Della Monna Lisa Museo d'Arte e Scienza ex Museo del Collezionista d'Arte Fondazione Gottfried Matthaes - Milano Il Sorriso Misterioso Della Monna Lisa 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. 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.

Il Sorriso Misterioso Della Monna Lisa Museo d'Arte e Scienza ex Museo del Collezionista d'Arte Fondazione Gottfried Matthaes - Milano 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.

Esempi di composizione dell’opera Maestro Guglielmo Croce 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.

Giotto croce di Santa Maria Novella Firenze

Giotto croce di Santa Maria Novella Radiografia

Particolari della radiografia dove risulta evidente la tecnica di costruzione del supporto Giotto croce di Santa Maria Novella

Giotto, croce di Santa Maria Novella Schema del supporto dedotto dalla radiografia

Giotto, croce di Santa Maria Novella, Firenze Particolare radiografico della base

Fasi di costruzione della base deducibili dalla radiografia Giotto croce di Santa Maria Novella

Giotto croce di Santa Maria Novella Particolare del volto di Cristo IR

Giotto croce di Santa Maria Novella Particolare del volto di Cristo Ripresa in infrarosso

Giotto Croce dipinta Tempio Malatestiano - Rimini Fase di ripresa della radiografia in situ

Giotto Croce dipinta Tempio Malatestiano - Rimini Radiografia del corpo centrale

Giotto Croce di Ognissanti Firenze Radiografia del corpo centrale

Giotto Croce di Ognissanti Particolare della radiografia

Giotto Croce 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 Identificazione della specie legnosa ed eventuali difetti ed eventuali difetti (nodi, etc.) 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) 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 Identificazione delle caratteristiche della tela originale ( tipo di intreccio, titolo del filato, densità della tela, etc.) Stato di conservazione delle tele originali (cuciture, strappi, etc.) Identificazione del corpo originale da successive parti aggiunte Modifiche delle misure originali (tracce di chiodi) Strati preparatori (spessore e loro classificazione).