RADIOGRAFIA con RAGGI X
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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).