CNR ISPC

KNOWLEDGE, DIAGNOSTICS AND PRESERVATION

XRAYLab

Il laboratorio XRAYLab sviluppa strumentazione innovativa e metodologie analitiche basate sull’uso di raggi X, per la caratterizzazione non-invasiva di materiale archeologico o di interesse storico-artistico. Le tecniche analitiche sviluppate dal laboratorio sono applicabili tramite strumentazione mobile e possono essere usate in situ, direttamente nei musei, nei centri di conservazione o nei siti archeologici.

La strumentazione del laboratorio si basa principalmente sui processi fisici della fluorescenza e della diffrazione a raggi X. Viene applicata negli studi di una vasta gamma di materiali sia in modalità puntuale sia in avanzate misure di imaging elementale. Queste ultime, in particolare, sono effettuate con una innovativa tecnologia real-time e sono utilizzabili per la caratterizzazione, anche stratigrafica, di opere piane di grandi dimensioni e di oggetti tridimensionali a geometria complessa.

Le analisi condotte da XRAYLab sono spesso eseguite mediante protocolli analitici basati sull’uso combinato di più tecniche. I risultati forniscono informazioni utili alla conoscenza e alla conservazione dei beni e, grazie alla loro integrazione con tecnologie digitali di modellizzazione e di virtualizzazione ne favoriscono anche la valorizzazione e la fruizione.

Le competenze e le strumentazioni XRAYLab sono parte integrante della piattaforma MOLAB dell’infrastruttura ERIHS, European Research Infrastructure of Heritage Science. MOLAB offre accesso libero, su base competitiva, ad un sistema integrato di strumentazioni portatili non invasive per ricerche nell’ambito dell’Heritage Science a ricercatori italiani tramite il nodo ERIHS.it (con il supporto del MUR) ed a ricercatori europei tramite il progetto IPERION HS (con il supporto della Commissione Europea). XRAYLab inoltre beneficia del finanziamento SHINE (PON-IR) per il potenziamento dei nodi ERIHS.it.

Il laboratorio XRAYLab partecipa attivamente a differenti comitati scientifici delle principali conferenze internazionali quali TECHNART e MAXRF.

Strumentazioni di rilievo

  • Sistema mobile di imaging MA-XRF con sensitività synctrothron-like ed elevata risoluzione laterale anche in contesti macroscopici, basato su una matrice tridimensionale di 6 rivelatori operanti in parallelo.
  • Piattaforma mobile CXRF/micro-XRF per l’imaging stratigrafico non-invasivo su scala micrometrica.
  • Sistema mobile di imaging MA-XRPD basato su sorgenti X monocromatiche ad elevata brillanza per lo studio della distribuzione delle fasi cristalline in contesti microscopici.
  • Imaging radiografico digitale ad elevata risoluzione dotato di un frame motorizzato per il posizionatmento delle opere con possibilità di acquisire sequenze di radiografice su oggetti di grandi dimensioni.
  • Sistema da banco per spettroscopia XAS (XANES/EXAFS) ad alte prestazioni, basato su ottica HAPG in geometria von Hamos per l’acquisiaione di spettri con risoluzione energetica elevata e sensibilità analitica prossima agli standard sincrotronici, ideale per studi sullo stato chimico, distanze interatomiche e di coordinazione dei materiali.
  • Piattaforma robotica, basata su un braccio antropomorfo collaborativo, equipaggiato con una testa spettrometrica multimodale XRD/IR per l’imging di oggetti tridimensionali complessi. Il sistema grantisce traiettorie controllate, ripetibilità sub-millimetrica e scansioni ad elevata risoluzione mediante l’uso di algoritmi avanzati di pianificazione e visione artificiale integrati nel sistema.
  • Datacenter HPC/GPU di nuova generazione, costituito da un cluster multinodo iperconvergente progettato per applicazioni avanzate di intelligenza artificiale e deep learning. L’infrastruttura integra nodi di calcolo ad alta densità equipaggiati con GPU NVIDIA H100, interconnessioni a 200 Gb/s, ampia capacità di storage NVMe e sistemi di orchestrazione Kubernetes e Bright Cluster Manager, offrendo elevata efficienza per il training multi-GPU e l’esecuzione di modelli complessi. Il sistema supporta ambienti multiutente, elaborazioni su larga scala e pipeline di machine/deep learning ottimizzate, costituendo una piattaforma strategica per l’elaborazione e l’analisi di grandi dataset diagnostici nel patrimonio culturale.

Attività di ricerca

  • Il corredo funebre della Tomba di Kha e Merit, Museo Egizio Torino
  • Il corredo funebre del Griffin Warrior, Pylos Regional Archeological Project, Grecia
  • L’oro di epoca minoica e micenea, Museo Archeologico Nazionale di Atene, Grecia
  • La policromia perduta nell’arte Cicladica, Museo Cicladico Atene, Grecia
  • Catalogo scientifico del Museo di Capodimonte di Napoli
  • La tecnica pittorica di Caravaggio e dei caravaggeschi, Museo Capodimonte di Napoli
  • L’arte del disegno di Leonardo da Vinci, IRCPAL, Roma

Per approfondimenti su altre attività di ricerca visita la sezione dedicata.

Progetti CNR ISPC

Principali collaborazioni

  • Museo Egizio di Torino
  • Museo di Capodimonte, Napoli
  • Museo Archeologico Nazionale di Atene (Grecia)
  • Museo Cicladico, Atene (Grecia)
  • Centro Conservazione e Restauro Venaria Reale, Torino
  • Pylos Regional Archeological Project, Università di Cincinnati, USA
  • Hamilton Kerr Insitute, Fitzwilliam Museum, Cambridge (UK)
  • Museo Archeologico Pietro Griffo, Agrigento
  • Istituto Centrale per la Patologia del Libro, Roma
  • National Hellenic Research Foundation, Atene, Grecia
  • Instituto Andaluz del Patrimonio Historico, Siviglia, Spagna
  • Museo Archeologico Paolo Orsi, Siracusa
  • Museo Civico del Castello Ursino, Catania
  • Parco Archeologico e Paesaggistico di Catania
  • Laboratori Nazionali del Sud, INFN, Catania
  • INPP, Demokritos, Atene (Grecia)
  • IAEA, Nuclear Science and Instrumentation Laboratory, Seibersdorf, Austria

Principali pubblicazioni

Bicchieri, M., Biocca, P., Caliri, C., Romano, F.P. (2020). New discoveries on Leonardo da Vinci drawings. Microchemical Journal 157, 104844.

D’Elia, E., Buscaglia, P., Piccirillo, A., Picollo, M., Casini, A., Cucci, C., Stefani, L., Romano, F.P., Caliri, C., Gulmini M. (2020). Macro X-ray fluorescence and VNIR hyperspectral imaging in the investigation of two panels by Marco d’Oggiono. Microchemical Journal 154, 104541.

Nervo, M., Romano, F.P., Caliri, C., Piccirillo, A., Triolo, P., Demonte, D., Gatti, A., Vergallo, E., Cardinali, M., Ferrero, M. (2020). “Costruzione del viadotto”: MA‐XRF in the pictorial executive technique of Agostino Bosia. X‐Ray Spectrometry

Kokiasmenou, E., Caliri, C., Kantarelou, V., Karydas, A.G., Romano, F.P., Brecoulaki, H.(2020). Macroscopic XRF imaging in unravelling polychromy on Mycenaean wall-paintings from the Palace of Nestor at Pylos. Journal of Archaeological Science: Reports 29, 102079

Križnar, A., Ager, F.J., Caliri, C., Romano, F.P., Respaldiza, M.Á., Gómez‐Morón, M.A., Núñez, L., Rocío Magdaleno, R. (2019). Study of two large‐dimension Murillo’s paintings by means of macro X‐ray fluorescence imaging, point X‐ray fluorescence analysis, and stratigraphic studies. X‐Ray Spectrometry 48 (5), 482-489

Dos Santos, H. C., Caliri, C., Pappalardo, L., Catalano, R., Orlando, A., Rizzo, F., & Romano, F. P. (2018). Real-time MA-XRF imaging spectroscopy of the Virgin with the Child painted by Antonello de Saliba in 1497. Microchemical Journal, 140, 96-104.

Karydas, A. G., Czyzycki, M., Leani, J. J., Migliori, A., Osan, J., Bogovac, M., Wrobel, P., Vakula, N., Padilla-Alvarez, R., Menk, R. H., Gol, M. G., Antonelli, M., Tiwari, M. K., Caliri, C., Vogel-Mikuš, K., Darby I., and R. B. Kaiser (2018). An IAEA multi-technique X-ray spectrometry endstation at Elettra Sincrotrone Trieste: benchmarking results and interdisciplinary applications. Journal of synchrotron radiation, 25(1), 189-203.

Romano, F. P., Caliri, C., Nicotra, P., Di Martino, S., Pappalardo, L., Rizzo, F., and Santos, H. C. (2017). Real-time elemental imaging of large dimension paintings with a novel mobile macro X-ray fluorescence (MA-XRF) scanning technique. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32(4), 773-781.

Romano, F. P., Caliri, C., Cosentino, L., Gammino, S., Mascali, D., Pappalardo, L., Rizzo, F., Scharf, O., Santos, H. C. (2016). Micro X-ray Fluorescence Imaging in a Tabletop Full Field-X-ray Fluorescence Instrument and in a Full Field-Particle Induced X-ray Emission End Station. Analytical Chemistry, 88(20), 9873-9880.

Pappalardo, L., Barresi, S., Biondi, G., Caliri, C., Caruso, F., Catalano, R., Lamagna, G., Manenti, G.A., Monterosso, G., Orlando, A., Rizzo, F., Santos, H.C. (2016). PIXE‐alpha non‐destructive and in situ compositional investigation of black gloss on ancient pottery. X‐Ray Spectrometry, 45(5), 258-262.

Santos, H. C., Caliri, C., Pappalardo, L., Catalano, R., Orlando, A., Rizzo, F., Romano, F. P. (2016). Identification of forgeries in historical enamels by combining the non-destructive scanning XRF imaging and alpha-PIXE portable techniques. Microchemical Journal, 124, 241-246.

Romano, F. P., Caliri, C., Cosentino, L., Gammino, S., Giuntini, L., Mascali, D., Neri, L., Pappalardo, L., Rizzo, and F., Taccetti, F. (2014). Macro and micro full field x-ray fluorescence with an X-ray pinhole camera presenting high energy and high spatial resolution. Analytical chemistry, 86(21), 10892-10899.

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