TECNICHE FISICHE PER LO STUDIO DEI MATERIALI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Il Corso intende fornire le conoscenze di base per la comprensione delle più importanti tecniche fisiche utilizzate in Archeometria applicandole a significativi casi di studio da letteratura.

Quindi intende:

- presentare i principi fisici alla base delle principali tecniche fisiche utilizzate negli studi sui beni culturali e un panorama di applicazioni di tecniche a casi di studio;

- trasferire conoscenze e capacità di comprensione delle tecniche Fisiche dell'Archeometria che
consentano di applicare idee originali in un contesto di ricerca interdisciplinare e di
risolvere problemi anche complessi, con capacità di riflessione sulle conseguenze delle conclusioni e delle scelte;

- fornire le metodologie e gli strumenti di studio per acquisire capacità comunicative, anche verso non specialisti in archeometria e per affrontare in autonomia uno studio piu' approfondito delle tecniche.

Prerequisiti

Il Corso intende fornire le conoscenze di base per la comprensione delle più importanti tecniche fisiche utilizzate in Archeometria applicandole a significativi casi di studio da letteratura.

Quindi intende:

- presentare i principi fisici alla base delle principali tecniche fisiche utilizzate negli studi sui beni culturali e un panorama di applicazioni di tecniche a casi di studio;

- trasferire conoscenze e capacità di comprensione delle tecniche Fisiche dell'Archeometria che
consentano di applicare idee originali in un contesto di ricerca interdisciplinare e di
risolvere problemi anche complessi, con capacità di riflessione sulle conseguenze delle conclusioni e delle scelte;

- fornire le metodologie e gli strumenti di studio per acquisire capacità comunicative, anche verso non specialisti in archeometria e per affrontare in autonomia uno studio piu' approfondito delle tecniche.

Contenuti dell'insegnamento

Il Corso inizia con una parte introduttiva che intende richiamare concetti essenziali di struttura della materia (atomi, molecole, nuclei, particelle) e quindi dare un panorama delle possibili interazioni fra radiazione e materia o fra particelle (ioni) e materia, alla base delle fondamentali tecniche fisiche per l’Archeometria. In particolare si illustra la struttura elettronica, vibrazionale e rotazionale delle molecole e si descrivono le proprietà dei nuclei atomici e dei fenomeni nucleari (anche radioattivi). Questa parte richiede numerose esercitazioni.

Nella seconda parte vengono quindi passate in rassegna le tecniche di spettroscopia atomica, vibrazionale, di raggi X (Fluorescenza X-Assorbimento X-Diffrazione X) per le informazioni di carattere atomico e molecolare sul materiale di interesse per Archeometria. Particolare attenzione viene poi rivolta alle tecniche di analisi con fasci ionici (IBA) come PIXE (Particle Induced X-ray Emission), PIGE (Particle Induced gamma-ray Emission), RBS (Rutherford Backscattering), SIMS (Secondary Ions Mass Spectrometry). Inoltre tecniche neutroniche NAA (Neutron Activation Analysis), NRA (Neutron Reaction Analysis) e anche diffrazione Neutronica e spettroscopia Mossbauer.

Altri argomenti riguardano spettroscopie ottiche, LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), spettroscopie fotoelettroniche (XPS – AUGER), ESR (Electron Spin Resonance, NMR (Nuclear Magnetic Resonance).
Vengono infine sviluppate tecniche di datazione come Termoluminescenza e Datazione C14.
Si mostreranno applicazioni dell spettrosocpia THz.
Le tecniche citate sono sempre accompagnate da esempi/esercizi relativi a casi di studio su

CERAMICHE – VETRO – METALLI - MATERIALI LAPIDEI – MATERIALI LIGNEI – TESSUTI - DIPINTI

Numerose esercitazioni numeriche chiariscono meglio le caratteristiche ed i limiti delle varie tecniche di indagine.

Programma esteso

SPETTROSCOPIA ATOMICA
SPETTROSCOPIE OTTICHE – Luminescenze ( TL – OSL etc.)
SPETTROSCOPIE VIBRAZIONALI – FTIR - RAMAN -
FLUORESCENZA A RAGGI X

ASSORBIMENTO DI RAGGI X – EXAFS – XANES
PIXE (Particle Induced X-ray Emission)
LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy)
IBA - NAA - NRA - RBS - PIXE - PIGE
SPETTROSCOPIE FOTOELETTRONICHE – XPS – AUGER
ESR (Electron Spin Resonance)
NMR (Nuclear Magnetic Resonance) - Spettroscopia Mossbauer - Tecniche THz
Cenni sulle TECNICHE DI DATAZIONE - Termoluminescenza - Datazione C14
Casi di studio come ad esempio:
CERAMICHE – VETRO – METALLI - MATERIALI LAPIDEI – MATERIALI LIGNEI – TESSUTI - DIPINTI SU TELA E TAVOLA - AFFRESCHI - MOSAICI etc.

Bibliografia

Appunti e Materiale vario fornito dal docente o reperibile facilmente in rete.

Alcuni testi di riferimento consigliati:

H. R. Verma: Atomic and Nuclear Analytical Methods: XRF, Mössbauer, XPS, NAA and Ion-Beam Spectroscopic Technique, Springer

B.H. Stuart: Analytical Techniques in Materials Conservation, Wiley

G.Artioli: Scientific Methods and Cultural Heritage: An introduction to the application of material science to archaeometry and conservation science, Oxford University Press

P. Craddock: Scientific investigation of copies, fakes and forgeries, Elsevier BH

Metodi didattici

La lezione è orale, con materiale multimediale consigliato di supporto. Gli argomenti di struttura della materia sono accompagnati da numerose esercitazioni per acquisire padronanza sulle unità di misura, sulla nomenclatura dei livelli elettronici, atomici e molecolari, sui termini spettroscopici e sui vari processi di decadimento nucleare.

Gli argomenti sulle tecniche fisiche sono sempre accompagnati da applicazioni a casi di studio presi dalla letteratura scientifica corrente e gli studenti sono attivamente coinvolti nella discussione sulle possibilità delle tecniche e nell’analisi dei dati. Particolare attenzione viene rivolta alla lettura critica dei dati e al confronto fra le varie tecniche e le loro potenzialità in applicazioni diverse.

Modalità verifica apprendimento

Il grado di apprendimento viene continuamente valutato in itinere con il coinvolgimento degli studenti in esercitazioni e con quesiti.

Alla fine del Corso la prova orale consiste in un colloquio sulle tecniche fisiche per valutare la comprensione delle varie potenzialità delle tecniche e dei principi fisici alla base delle stesse.
Parte della prova consiste nell’interpretazione di grafici o dati sperimentali da casi di studio di articoli di letteratura e nella descrizione delle peculiarità della strumentazione utilizzata.

Si intende verificare inoltre la capacità di confrontare fra loro le diverse tecniche, collegando le diverse informazioni ottenute.

Una parte importante della prova è costituita poi da una presentazione (Powerpoint) di un caso di studio di Archeometria a scelta, che veda l'applicazione di una o più fra le tecniche fisiche studiate, preso dalla letteratura scientifica attuale.
Criterio importante della valutazione complessiva è la proprietà di linguaggio nella descrizione delle problematiche e dei casi di studio.

Altre informazioni

La lezione è orale, con materiale multimediale consigliato di supporto. Gli argomenti di struttura della materia sono accompagnati da numerose esercitazioni per acquisire padronanza sulle unità di misura, sulla nomenclatura dei livelli elettronici, atomici e molecolari, sui termini spettroscopici e sui vari processi di decadimento nucleare.

Gli argomenti sulle tecniche fisiche sono sempre accompagnati da applicazioni a casi di studio presi dalla letteratura scientifica corrente e gli studenti sono attivamente coinvolti nella discussione sulle possibilità delle tecniche e nell’analisi dei dati. Particolare attenzione viene rivolta alla lettura critica dei dati e al confronto fra le varie tecniche e le loro potenzialità in applicazioni diverse.