Il modulo "Introduzione alla spettroscopia neutronica" presenta le conoscenze di base per l'uso delle tecniche neutroniche nella caratterizzazione e diagnostica di materiali e manufatti di interesse archeometrico.
Il modulo “Applicazioni di imaging e diffrazione di neutroni” presenta i principi di funzionamento delle tecniche e le basi propedeutiche all’interpretazione dei risultati nella metallurgia storica.
Non esistono libri di testo per gli argomenti coperti dal modulo "Introduzione alla spettroscopia neutronica". I testi standard sulla materia sono di livello specialistico largamente superiore sia alle competenze prevedibili degli studenti sia all'obiettivo stesso del modulo. Oltre alle slide utilizzate nelle lezioni, vengono messi a disposizione degli studenti testi di livello adeguato (in lingua inglese) tratti da articoli riassuntivi utilizzati come strumenti didattici in scuole introduttive di specializzazione a livello base.
I testi di riferimento, in inglese (alcuni reperibili gratuitamente online in formato e-book), per il modulo “Applicazioni di imaging e diffrazione di neutroni” sono i seguenti:
Ian S. Anderson, Robert L. McGreevy, Hassina Z. Bilheux, Neutron Imaging and Applications, A Reference for the Imaging Community, Springer
Nikolay Kardjilov, Giulia Festa, Neutron Methods for Archaeology and Cultural Heritage, Springer
David A. Scott, Metallography and Microstructure of Ancient and Historic Metals, Getty Conservation Institute.
Obiettivi Formativi
Gli obiettivi del modulo "Introduzione alla spettroscopia neutronica" sono:
(1) mettere gli studenti in grado di comprendere le potenzialità e le applicazioni tipiche più semplici delle tecniche neutroniche nell'ambito delle tematiche relative allo studio e conservazione di beni culturali;
(2) fornire i concetti di base per la comprensione quantitativa di tali tecniche e dei loro risultati.
Gli obiettivi del modulo "Applicazioni di imaging e diffrazione di neutroni" sono:
(1) mettere gli studenti in grado di comprendere i principi generali di funzionamento delle tecniche di imaging e diffrazione e, con maggior dettaglio, l’uso dei neutroni come sonda analitica in tali ambiti;
(2) fornire i concetti di base di metallurgia fisica in modo da poter comprendere il significato dei dati di imaging e diffrazione di neutroni su campioni metallici in ambito archeometrico.
Prerequisiti
Non ci sono prerequisiti particolari perché l'impostazione dei moduli "Introduzione alla spettroscopia neutronica" e "Applicazioni di imaging e diffrazione di neutroni" presuppone che gli studenti non abbiano alcuna conoscenza precedente dell'argomento, che per questo viene presentato introducendo via via tutti gli elementi necessari alla comprensione. E' comunque richiesta la capacità di svolgere operazioni algebriche elementari e la conoscenza dei concetti di derivata e integrale, al livello degli ultimi anni di scuola secondaria superiore.
Metodi Didattici
Lezioni frontali, comprendenti anche alcune semplici esercitazioni.
Modalità di verifica apprendimento
Esami orali.
I parametri rilevanti per il giudizio sono il livello di apprendimento del materiale trattato nelle lezioni, la qualità dell'esposizione, la pertinenza delle risposte alle domande poste, e la capacità di collegare con il ragionamento i concetti appresi.
Programma del corso
Il programma del modulo "Introduzione alla spettroscopia neutronica" copre i seguenti argomenti:
Lo scattering come sonda microscopica
Onde e proprietà ondulatorie della materia
Unità di misura
Interferenza e strutture atomiche
Energia e impulso nell'uso dei neutroni
I neutroni come sonda efficace alla scala microscopica
Sezione d’urto
Scattering di neutroni coerente e incoerente
Sorgenti di neutroni
Moderazione dei neutroni
Guide per neutroni
Attenuazione
Rivelatori di neutroni
Conteggio di neutroni
Errori di misura
Diffrazione di neutroni da cristalli
Diffrattometri su reattore
Diffrattometri su sorgente pulsata
Struttura microscopica di sistemi disordinati
Cenni sulle trasformate di Fourier
Fattore di struttura statico
Il programma del modulo "Applicazioni di imaging e diffrazione di neutroni" copre i seguenti argomenti:
Introduzione al modulo
Introduzione alla metallurgia fisica
Proprietà dei metalli
Conducibilità
Strutture cristalline
Deformazione elastica e plastica
Meccanismi di indurimento
Metalli, composti e leghe
Leghe sostituzionali e interstiziali
Composti intermetallici
Diagrammi di fase binari
La solidificazione nei metalli puri
La solidificazione nelle leghe
Le dendriti
I trattamenti termici
L’inizio dell’uso dei metalli
Il rame e le sue leghe
I minerali a base rame
La sintesi del rame e la sua mineralizzazione
Bronzo arsenicale
Bronzo
Ottone
Il piombo nelle leghe di rame
Il ferro
I minerali a base ferro
La sintesi del ferro e la sua mineralizzazione
Il processo di riduzione
Tecniche di lavorazione del ferro
Il diagramma di fase ferro carbonio
L’acciaio
La transizione martensitica dell’acciaio
I trattamenti termici dell’acciaio
Le tecniche di lavorazione dei metalli e il loro effetto sulla micrsotruttura
Principi di analisi metallografica
Generalità sulla tecnica radiografica
Elementi strumentali di un sistema radiografico
Risoluzione spaziale
Profondità di penetrazione delle sonde
La legge dell’attenuazione
Elementi di imaging digitale
Normalizzazione delle immagini
Luminosità e contrasto
La tomografia
Le proiezioni, i sinogrammi e le slice tomografiche
La radiografia X
La radiografia neutronica
Strumentazione per la radiografia neutronica componenti e caratteristiche
Determinazione sperimentale della risoluzione spaziale
Neutroni termici e neutroni freddi a confronto
Come si effettua un esperimento
Scelta dello strumento più adatto
Esempi di radiografia neutronica
Introduzione alla cristallografia
Relazione fra cristallografia e diffrazione
Trasformazioni invarianti
Periodicità e traslazione
Elementi di simmetria spaziale (rotazione, riflessione e inversione)
Operatori di simmetria
Trasformazioni puntuali
Trasformazioni combinate
Nomenclatura e simbologia
La struttura cristallina: basi e reticoli
La cella unitaria
Molteplicità e coordinate frazionarie
I 7 sistemi cristallini
I 14 reticoli di Bravais
La disposizione dei punti reticolari
I piani di Miller
Legame fra piani reticolari e diffrazione
I 230 gruppi spaziali
Esempi di diagrammi dei gruppi spaziali
Elementi che definiscono una struttura cristallina
Il reticolo reciproco
Condizioni per la diffrazione nello spazio reale
Condizioni per la diffrazione nello spazio reciproco
L’indicizzazione dei picchi di diffrazione
Regole di estinzione
Intensità di Bragg
Equazione del fattore di struttura
Confronto neutroni raggi X in diffrazione
Diffrazione da polveri e raffinamento Rietveld
I profili di picco
L’allargamento dei picchi di diffrazione
Come si effettua un esperimento
Scelta dello strumento più adatto
Analisi multifase
Analisi composizionale delle leghe metalliche
Analisi delle tensioni residue
Analisi di forma di picco
Analisi di anisotropia: tessitura e figure polari
Diffrazione del rame e delle sue leghe
Interpretazione dei risultati
Diffrazione di ferro e acciaio
Interpretazione dei risultati
Casi studio