PROGRAMMA DI RICERCA

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004

Codice

Esperimento Gruppo MULTITAC 5 Rapp. Naz.: Roberto Cesareo Roberto Rappresentante nazionale: Cesareo Struttura di appartenenza: CA Posizione nell'I.N.F.N.:

PROGRAMMA DI RICERCA A) INFORMAZIONI GENERALI Linea di ricerca Laboratorio ove si raccolgono i dati Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA MULTIPLA ISTITUTO DI MATEMATICA E FISICA, UNIVERSITA' DI SASSARI MULTITAC

Acceleratore usato Fascio (sigla e caratteristiche) Processo fisico studiato

INTERAZIONE DELLA RADIAZIONE CON LA MATERIA

Apparato strumentale utilizzato

TOMOGRAFO A RAGGI X COMPUTERIZZATO

Sezioni partecipanti all'esperimento

CAGLIARI, LECCE, BOLOGNA

Istituzioni esterne all'Ente partecipante Durata esperimento

COPPE− UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, BRASILE 24 MESI B) SCALA DEI TEMPI : piano di svolgimento

PERIODO 1.1.2004−31.12.2005

Mod EN. 1

ATTIVITA' PREVISTA Attualmente ਠdisponibile un prototipo di tomografo con 2 rivelatori NaI(Tl) in trasmissione ed in diffusione Compton e Rayleigh ed un rivelatore Si−PIN per tomografia in fluorescenza. I fotoni diffusi richiedono rivelatori di grande area, per averne suf

(a cura del responsabile nazionale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura BO

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Franco Casali

Gruppo 5

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 In KEuro IMPORTI

VOCI DI SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Parziali

SJ Viaggi a Cagliari, Sassari, Lecce e altri siti in Italia

Totale Compet.

SJ

6.0

6.0 0.0 Partecipazione a Convegni

3.0

3.0 0.0 Software di ricostruzione immagini e rendering (sviluppo e licenze)

8.0

8.0 0.0

Trasporto strumentazione in situ

1.0

1.0 0.0 Consorzio

Ore CPU

Spazio Disco

Cassette

Altro

0.0 0.0

0.0 0.0

0.0 0.0

0.0 0.0

Totale

18.0 0.0

Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento:

Mod EC./EN. 2

(a cura del responsabile locale)

A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura CA

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Roberto Cesareo

Gruppo 5

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 In KEuro IMPORTI

VOCI DI SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Parziali

SJ Contatti con gli altri membri del progetto

2.5

Partecipazione a Convegni e Congressi nazionali

2.5

Contatti con membri esterni del progetto (COPPE, Univ. Fed. do Rio de Janeiro, Brazil)

2.5

Partecipazione a Congressi internazionali

2.5

Realizzazione di parti meccaniche, collimatori, filtri ecc.

5.0

Totale Compet.

SJ

5.0 0.0

5.0 0.0

5.0 0.0

0.0 0.0 Consorzio

Ore CPU

Spazio Disco

Cassette

Altro

0.0 0.0

0.0 0.0

Rivelatore C−MOS della Hamamatsu (rivelatore multiplo per tomografia Compton)

15.0

15.0 0.0

0.0 0.0

Totale

30.0 0.0

Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento:

Mod EC./EN. 2

(a cura del responsabile locale)

A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura LE

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Alfredo Castellano

Gruppo 5

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 In KEuro IMPORTI

VOCI DI SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Parziali

SJ Contatti con gli altri membri della collaborazione

Totale Compet.

SJ

5.0

5.0 0.0 Partecipazione a congressi internazionali

3.0

3.0 0.0 Realizzazioni di parti meccaniche ed elettroniche

3.0

3.0 0.0

0.0 0.0 Consorzio

Ore CPU

Spazio Disco

Cassette

Altro

0.0 0.0

0.0 0.0

0.0 0.0

0.0 0.0

Totale

11.0 0.0

Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento:

Mod EC./EN. 2

(a cura del responsabile locale)

A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura BO

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Franco Casali

Gruppo 5

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1

(a cura del responsabile locale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura BO

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Franco Casali

Gruppo 5

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2

(a cura del responsabile locale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura CA

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Roberto Cesareo

Gruppo 5

ALLEGATO MODELLO EC2 Con il finanziamento per l'anno 2004, ed in particolare con l'acquisto del rivelatore C−MOS della Hamamatsu previsto per la tomografia Compton, si intende montare il tomografo già esistente integrandolo con questo rivelatore, e continuando ad impiegare un rivelatore NaI(Tl) per la tomografia in trasmissione. Ci si propone di verificare che in questo modo i tempi per la tomografia Compton siano analoghi ai tempi della tomografia in trasmissione.

Mod EC./EN. 2a Pagina 1

(a cura del responsabile locale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura CA

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Roberto Cesareo

Gruppo 5

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2

(a cura del responsabile locale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura LE

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Alfredo Castellano

Gruppo 5

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1

(a cura del responsabile locale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura LE

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Alfredo Castellano

Gruppo 5

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2

(a cura del responsabile locale)

Codice

Esperimento Gruppo MULTITAC 5 Rapp. Naz.: Roberto Cesareo

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 In KEuro A CARICO DELL' I.N.F.N. Struttura

Miss. interno Miss. estero. di cui SJ

di cui SJ

Materiale di cons. di cui SJ

Trasp. e Facch. di cui SJ

6,0 5,0 5,0

3,0 3,0 5,0

8,0 3,0 5,0

1,0

TOTALI 16,0

11,0

16,0

1,0

BO LE CA

Spese Calc. di cui SJ

Affitti e Manut. Appar. di cui SJ

Mater. inventar. di cui SJ

Costr. appar. di cui SJ

TOTALE Compet.

A carico di altri Enti

di cui SJ

15,0

18,0 11,0 30,0

15,0

59,0

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Note:

Mod EC./EN. 4

(a cura del responsabile nazionale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004

Nuovo esperimento Gruppo MULTITAC 5

PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO La tomografia a raggi X in trasmissione, comunemente nota come TAC, è nata agli inizi degli anni 70 per opera di G. Hounsfield, il quale, anche basandosi su precedenti studi di A.M. Cormack, realizzò il primo tomografo clinico. Hounsfield e Cormack si divisero nel 1980 il premio Nobel per la Medicina, e la TAC ha rivoluzionato il settore della diagnostica radiologica. Le applicazioni della TAC nel settore delle prove non distruttive sono invece iniziate alla fine degli stessi anni 70, e si sono poi estese dal settore industriale, a quello della fisica del suolo, della geologia, dell’archeometria. La tecnica è quindi del tutto consolidata anche nel settore non−clinico, anche se il suo peso e la sua importanza non sono confrontabili con quelli del settore radiologico. Ciò è ovviamente dovuto all’enorme impatto che la TAC ha avuto nella diagnostica clinica, ma anche al fatto che in questo settore è possibile realizzare un tomografo “standard” valido per tutti gli esseri umani, mentre la stessa cosa non è possibile nel settore non medico, data la molteplicità e varietà dei problemi. In modo schematico la TAC si basa sull’attraversamento di un oggetto, che può ruotare e traslare, da parte di un fascetto di raggi X. Questo attraverserà di volta in volta porzioni diverse del campione, venendo assorbito in modo diverso a seconda delle caratteristiche e della distribuzione del materiale che incontra (densità, densità elettronica, numero atomico). Attraverso metodi matematici viene “ricostruita” ad esempio la mappa della densità del materiale nella sezione attraversata dai raggi X. La stessa procedura può essere eseguita con un ventaglio di raggi X oppure con un cono di raggi X, ottenendo così una immagine ricostruita senza necessità di traslare il campione, oppure una immagine tridimensionale. In ogni caso la TAC utilizza quella parte della radiazione X che attraversa il campione senza interagire con esso. La restante parte, generalmente quella maggioritaria, è quella che interagisce con il campione, principalmente attraverso tre processi: a. effetto fotoelettrico; b. effetto Compton ; c. effetto di scattering elastico. Questi tre effetti dipendono anch’essi dalla natura del materiale, e la loro utilizzazione, in modo analogo a quanto avviene per la tomografia in trasmissione, consente di ottenere delle immagini alternative oppure complementari a quelle della tomografia in trasmissione. Con il presente progetto si intende realizzare, a livello di prototipo preindustriale, un tomografo multiplo, il quale sfrutti tanto le informazioni provenienti dai fotoni trasmessi, quanto da quelli diffusi, quanto ancora da quelli, secondari, di fluorescenza, per arrivare ad un insieme di immagini che forniscano il massimo delle informazioni possibili in termini di distribuzione di densità e di numero atomico. Si intende applicare questo prototipo ai seguenti settori: −archeometria. −studio di rocce di interesse per l’industria petrolifera; −industria del sughero;

Mod EN5

BASI FISICHE DELLA TOMOGRAFIA (IN TRASMISSIONE ED IN DIFFUSIONE) (vedi Figura 1) 2.1 tomografia in trasmissione L’attenuazione di un fascio di raggi X monoenergetico da parte di un campione omogeneo segue l’equazione: NT = N0 exp -( µ x) (1) In cui N0 e NT indicano rispettivamente l’intensità dei fotoni incidenti e trasmessi, µ è il coefficiente di attenuazione lineare del campione (omogeneo) di spessore x . Se il campione non è omogeneo conviene dividere il volume irraggiato in tanti elementi di volume (chiamati voxel, di volume (∆x)3 ), dove ∆x ha più o meno le dimensioni del fascio incidente, in cui si suppone che il coefficiente di attenuazione si mantenga costante. Nella tomografia in trasmissione il fascio di raggi X emessi ed il rivelatore (o sistema di rivelatori) sono allineati e dalla parte opposta rispetto al campione. La radiazione trasmessa si può ora scrivere come: NT = N0 exp (-Σ i µi ∆x) (2) oppure Σ i µi ∆x = ln N0 /NT (2’) dove µi è il coefficiente di attenuazione lineare del i-esimo voxel. L’immagine ricostruita rappresenta, quindi, una distribuzione del coefficiente di attenuazione, che dipende, a sua volta, a parità di energia, dal numero atomico medio Z , e dalla densità fisica δ. Per ottimizzare la qualità dell’immagine, deve essere valida la condizione Σ i µi ∆x ≈ 2 , che corrisponde a: N T ≈ N0 e -2 ≈ 0.14 N0 . Si noti che questa condizione corrisponde a circa 0.86 N0 fotoni che interagiscono con il campione. Generalmente il coefficiente di attenuazione lineare dipende prevalentemente, nella zona dei raggi X, dagli effetti fotoelettrico e Compton, più un contributo dovuto all’effetto Rayleigh che raramente supera il 10% del totale. A basse energie prevale largamente l’effetto fotoelettrico, che dipende da una elevata potenza del numero atomico (≈ Z3 -Z5 ), mentre ad alte energie prevale l’effetto Compton, che dipendono solamente dalla densità ρ . 2.2 tomografia Compton Nel caso della tomografia Compton, si rivelano fotoni che interagiscono con gli elettroni del campione per mezzo di un effetto Compton (o inelastico). La disposizione geometrica più utile è quella con il rivelatore a circa 90° rispetto al fascio X incidente, per meglio delimitare il voxel irraggiato. L’energia EC del fotone deviato di 90° dipende dalla energia della radiazione incidente E0 nel modo seguente: EC ≈ E0 / (1 + α) (3) dove α = E0 /511. Per E0 = 20, 40, 60, 80 and 100 keV, EC ≈ 19.2, 37.1, 53.7, 69 and 83.6 keV. Quindi i fotoni Compton secondari hanno un’energia non molto differente da quella incidente. Il “picco Compton ” ha un’energia data dall’ Eq. (3), ma è più largo dei picchi fotoelettrici, a causa della dispersione angolare, dello scattering multiplo e del così detto “Compton profile”. Quantitativamente il numero di fotoni Compton diffusi a 90° può essere approssimativamente calcolato come: NC ≈ N0 (µC/µ) Ω A (4) Dove µC e µ sono rispettivamente il coefficiente di attenuazione lineare per effetto Compton e totale all’energia incidente E0 , Ω è l’angolo solido oggetto-rivelatore ed A rappresenta il fattore di

attenuazione della radiazione incidente e secondaria. . Per una matrice leggera, per esempio acqua, o materiali plastici, e per energia della radiazione incidente nella zona Compton , dove µ C / µ ≈ 1, e ponendo il rivelatore ,di diametro d più vicino possibile al campione (d≈r dove r è il raggio del campione, supposto cilindrico:N C≈ N0 (1-e -µx/2 )e -µx/2 Ω. Per massimizzare i fotoni Compton il termine (1-e -µx/2 )e-µx/2 deve essere massimizzato portando alla condizione µx≈1 e quindi NC≈N0 0.015. Quindi l’intensità della radiazione Compton raccolta nel rivelatore è di circa un ordine di grandezza inferiore alla radiazione trasmessa. Inoltre, è necessario impiegare un rivelatore Compton di area maggiore possibile.

2.3 tomografia Rayleigh ed in diffrazione Nel caso di scattering elastico vanno considerati due effetti: lo scattering Rayleigh, che corrisponde a diffusione elastica di fotoni da parte di atomi liberi, e l’effetto Bragg quando lo scattering da parte di più atomi da luogo ad effetti di interferenza. Nel primo caso si utilizzano fotoni di energia E0 diffusi in avanti a piccoli angoli, poiché solo in queste condizioni l’effetto Rayleigh prevale, spesso largamente, su quello Compton. In effetti il rapporto tra fotoni diffusi per effetto Rayleigh entro 3° e 10° circa e quelli diffusi per effetto Compton a 90° è di circa 2Z (Z è il numero atomico medio della matrice). E’ inoltre opportuno impiegare un rivelatore anulare, posto intorno al rivelatore in trasmissione, che raccolga per l’appunto fotoni diffusi entro gli angoli sopra citati. L’angolo solido che si ricava è circa un ordine di grandezza più piccolo dell’angolo solido relativo ai fotoni diffusi per effetto Compton. In ultima analisi è facile prevedere che i fotoni Rayleigh hanno un’intensità dello stesso ordine di grandezza dei fotoni Compton. La tomografia Rayleigh può essere particolarmente utile per differenziare il campione in termini di piccole differenze nel numero atomico. Nelle migliori condizioni l’intensità della radiazione Rayleigh è quindi circa un ordine di grandezza inferiore a quella della radiazione trasmessa, e nella direzione in avanti dipende circa da

Z2-Z3 .

Nel caso di trasferimento di piccole quantità di moto q (q=sin(ϑ/2)/λ , che corrisponde ad energie ridotte e/o piccoli angoli di scattering), possono aversi picchi di diffrazione dovuti ad effetti interatomici, che dipendono dalla struttura cristallina del campione. Una tomografia in diffrazione può essere quindi utile per discriminare strutture cristalline nel campione. 2.4 Tomografia con raggi X di fluorescenza Come osservato in precedenza, uno degli effetti di interazione della radiazione incidente con il campione è l’effetto fotoelettrico, a seguito del quale si ha l’emissione, da parte degli atomi del campione, di raggi X caratteristici dell’elemento emittente, chiamati raggi X di fluorescenza. Nel caso di elementi intermedi e pesanti (Z≈>40) questi raggi X possiedono anche energia sufficiente da poter attraversare il campione ed essere rivelati, dando così luogo, in una misura tomografica, ad una immagine selettiva degli elementi chimici presenti. L’intensità dei raggi X di fluorescenza, per un generico elemento a, è approssimativamente data da: N ph.a ≈ N0 µph.a x Ω” ωa AA” (6) dove µph.a rappresenta il coefficiente di attenuazione per effetto fotoelettrico dell’elemento a all’energia E0 , ωa è il coefficiente di fluorescenza dell’elemento a, Ω ” rappresenta l’angolo solido campione-rivelatore, ed A and A” corrispondono alle attenuazioni della radiazione incidente e di fluorescenza .

APPARECCHIATURA SPERIMENTALE Si intende realizzare un tomografo multiplo, capace cioè di realizzare contemporaneamente tomografie in trasmissione, tomografie in diffusione (Compton e Rayleigh/diffrazione), e tomografie con raggi X di fluorescenza. Si vuole inoltre realizzare un tomografo di non grandi dimensioni e peso, quindi trasportabile. L’apparecchiatura sperimentale prevista è mostrata nella Figura 2. Essa è schematicamente composta da: a. tubo a raggi X; b. sistema di rotazione e traslazione; c. rivelatore per la tomografia in trasmissione; d. rivelatore per la tomografia Compton; e. rivelatore per la tomografia Rayleigh o in diffrazione; f. rivelatore per la tomografia con raggi X di fluorescenza; g. algoritmi di ricostruzione e di correzione per autoassorbimento; h. analizzatore multicanale multiplo, dedicato; Esaminiamo in dettaglio le varie componenti, osservando che, per la scelta dei tubo radiogeno e del sistema di roto-traslazione è necessario avere in mente un oggetto “standard” (dimensioni massime e composizione). Consideriamo quindi come tale un campione cilindrico avente un raggio massimo R=10 cm, e composizione equivalente a quella dell’acqua. In base a questi elementi si può osservare che una energia media E0 = 50-60 keV è adeguata. a. tubo a raggi X Un tubo a raggi X da circa 80-100 kV di tensione massima, e corrente massima di 1 mA potrebbe essere adeguato. Il tubo dovrà avere un anodo di tungsteno ed una finestra d’ingresso di berillio, per non assorbire eccessivamente radiazione di bassa energia. La tensione di alimentazione dovrà essere variabile in modo continuo a partire da circa 10 kV. Il tubo a raggi X dovrà essere corredato da collimatori di vario tipo, per produrre radiazione puntiforme oppure un ventaglio , o infine un cono di raggi X. Opportuni filtri sono richiesti per parzialmente monocromatizzare lo spettro in uscita, quando richiesto. b. sistema di rotazione e traslazione del campione Poiché si è immaginato un campione di dimensioni massime pari a circa 10 cm , si deve prevedere uno stadio di traslazione del campione un poco superiore a 10 cm, abbinato ad uno stadio di rotazione di dimensioni equivalenti. Il sistema complessivo dovrà essere in grado di reggere dei pesi non superiori a circa 5 Kg. Gli stadi di rotazione e trasla zione dovranno ovviamente essere forniti di schede di comando dei movimenti. c. Rivelatore (o sistema di rivelazione) per la tomografia in trasmissione Il rivelatore in trasmissione va posizionato allineato con il fascio incidente, dall’altra parte rispetto al campione. Per esso (o sistema di rivelazione) non si richiede una risoluzione energetica particolarmente buona. Per questo può essere utilizzato, nella versione più semplice, accoppiato al tubo a raggi X con collimazione puntiforme, un rivelatore singolo del tipo NaI(Tl) per raggi X. Questo richiederà sia rotazioni che traslazioni del campione. Per ridurre i tempi di scansione, può invece essere utile impiegare un fascio di raggi X a ventaglio ed un rivelatore del tipo “multichannel plate”, oppure un fascio di raggi X a cono, e un amplificatore di brillanza, in modo da ottenere immagini tridimensionali. d. rivelatore per la tomografia Compton Il rivelatore per la tomografia Compton va posizionato a circa 90° rispetto alla radiazione incidente. Esso non necessita di elevate prestazioni dal punto di vista della risoluzione energetica. Dato tuttavia il ridotto numero di fotoni Compton in confronto ai fotoni trasmessi , esso deve essere

caratterizzato da un’area sufficientemente grande da raccogliere fotoni entro un angolo solido non troppo piccolo. Risulta quindi adatto allo scopo un rivelatore NaI(Tl) per raggi X con finestra d’ingresso di berillio e superficie utile di circa 4-5 cm2 . e. rivelatore per la tomografia Rayleigh (o in diffrazione) Il rivelatore ideale per la tomografia Rayleigh (o in diffrazione) data la necessità di raccogliere più fotoni possibili (l’intensità della radiazione diffusa elasticamente è circa 1 ordine di grandezza inferiore rispetto a quella trasmessa), sarebbe un rivelatore anulare –posto intorno al rivelatore in trasmissione- in modo tale da raccogliere fotoni diffusi in avanti a piccoli angoli (4-8° circa). Esso dovrebbe essere caratterizzato da una risoluzione energetica abbastanza buona, per separare nel modo migliore la radiazione diffusa elasticamente, Un rivelatore con caratteristiche accettabili potrebbe quindi essere una disposizione anulare di rivelatori CZT oppure un CdTe raffreddati termoelettricamente. f. rivelatore per la tomografia di fluorescenza X Il rivelatore per la tomografia con raggi X di fluorescenza (talvolta anche chiamata microscopia X) va collocato a circa 90° rispetto alla radiazione incidente. Per questo rivelatore si richiede una risoluzione energetica la migliore possibile, per avere una buona discriminazione dei picchi X di fluorescenza, in grado inoltre di processare un numero elevato di fotoni senza peggioramenti della sua risoluzione. Il rivelatore più adatto allo scopo è un rivelatore CdZnTe oppure CdTe, raffreddati termoelettricamente, i quali presentano una risoluzione energetica buona (circa 250 eV a 5.9 keV e circa 500 eV a 60 keV) g. algoritmi di ricostruzione e di correzione per autoassorbimento Gli algoritmi di ricostruzione e di correzione (per le tomografie non in trasmissione) sono stati da noi lungamente studiati ed ottimizzati, e sono ampiamente descritti nella bibliografia h. analizzatore multicanale multiplo e dedicato L’analizzatore multicanale multiplo dovrà assolvere varie e numerose funzioni. Dovrà contemporaneamente processare i dati che arrivano da più rivelatori singoli. i.

computer per la ricostruzione delle immagini e per la presentazione dei dati. Si tratta di materiale del tutto standard.

APPLICAZIONI DEL TOMOGRAFO MULTIPLO 1.1 applicazioni all’archeometria (in collaborazione con l’Istituto Centrale del Restauro, Roma) Non esiste attualmente alcun tomografo in trasmissione che sia esplicitamente dedicato ad indagini sui Beni Culturali, mentre vi sono diversi Gruppi di Ricercatori, in Italia ed all’Estero, che si dedicano, saltuariamente a questo settore. Non vi è quindi una sistematica e numerosa casistica su immagini tomografiche su oggetti di interesse culturale. Un tomografo “archeometrico” presenta, tra l’altro, notevoli difficoltà di realizzazione, data la varietà dei materiali che si possono presentare (oggetti lapidei, in legno, leghe di bronzo, ottone, ori, argenti, ceramiche ecc.) e la varietà delle dimensioni. Per questi motivi è’ facile rendersi conto che non è possibile realizzare un tomografo che possa eseguire immagini di sezioni di tutti gli oggetti sopra elencati. E’ necessario fare una scelta, e la scelta è in questo caso vincolata dal voler realizzare un tomografo portatile, o almeno trasportabile. Questo limita le dimensioni massime degli oggetti a circa 5 cm, che corrisponde all’indagine su oggetti di piccole dimensioni (oggetti di oreficeria, bronzetti, piccole ceramiche, piccoli oggetti in pietra o in legno, ecc.). Qualche esempio di applicazioni da noi realizzate su oggetti artistici o legati all’arte è mostrato nella figura 3. E’ facile capite l’importanza che può avere una indagine sistematica sui Beni Culturali, ed, eventualmente, la realizzazione di un tomografo dedicato. In particolare, un problema piuttosto serio nel settore dei Beni Culturali è quello di determinare lo stato di conservazione di materiale lapideo e di intonaco, per esempio in termini di porosità. Questo problema può essere affrontato con successo con la tomografia, sia in trasmissione che Compton. Per quanto riguardano possibili applicazioni nel settore dei Beni Culturali delle tomografie in diffusione oppure in fluorescenza , non ne risultano alcune all’estensore di questo progetto. La tomografia Compton potrebbe essere molto interessante, in quanto essa si può realizzare con il sistema sorgente-rivelatore dalla stessa parte rispetto all’oggetto da esaminare. Può quindi essere utile per indagini su affreschi (distacchi), o su parti di grossi oggetti non attraversabili da raggi X o γ (per esempio analisi di una parte di una grossa statua di marmo o bronzo). Con un tubo X da 90 kV e 1 mA sono state fatte alcune misure orientative su situazioni simulanti distacchi di affreschi. Si sono ottenuti risultati soddisfacenti. La tomografia in fluorescenza non è stata mai utilizzata in questo settore, ma potrebbe avere interessanti applicazioni per analizzare la distribuzione di elementi medio-pesanti nelle pietre preziose, o la distribuzione degli elementi costituenti in oggetti di gioielleria antica.

1.2 applicazioni all’industria del sughero L’industria del sughero ha una rilevante importanza nell’economia della Sardegna del nord, in particolare nella zona di Tempio Pausania. Esistono sugheri di qualità molto diversa, e la qualità, difficile da determinare, dipende per esempio dalla porosità e dalla omogeneità del materiale. La tomografia in trasmissione non consente di ottenere buone immagini, data la bassa densità del sughero. Ideale sembra invece essere, in questo caso, la tomografia Compton, che fornisce per l’appunto i migliori risultati quando si tratti di studiare porosità o fratture in matrici leggere e di basso numero atomico medio. Uno studio preliminare su immagini tomografiche Compton su diversi campioni di sughero aventi differenti caratteristiche è mostrato nella Figura . E’ necessario, anche in questo caso, portare a completamento questo studio, analizzando le prestazioni del tomografo nel caso di indagini su sugheri di diverse caratteristiche.

1.3 applicazioni a carote per l’industria petrolifero

Nelle perforazioni petrolifere, vi è una notevole difficoltà nello studio con metodi non distruttivi, di mezzi porosi opachi (per es. carote di roccia) così come di mezzi in cui si ha una interazione rocciafluido. La tomografia in trasmissione è già stata impiegata con successo in questo settore, mentre la altre tecniche tomografiche con raggi X, in particolare la tomografia Compton, possono essere di grande utilità in questo tipo di studio

GRUPPI E PERSONE CHE PARTECIPANO AL PROGETTO A. SASSARI : Roberto Cesareo, responsabile del progetto Antonio Brunetti, Ubaldo Bottigli Bruno Golosio, B. CAGLIARI Paolo Randaccio C. LECCE Alfredo Castellano, Giovanni Buccolieri, Stefano Quarta, Marina Donativi D. BOLOGNA Franco Casali Partecipazioni esterne E. ISTITUTO CENTRALE DEL RESTAURO Maurizio Marabelli Paola Santopadre Marcella Ieole

F. COPPE, UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Ricardo T. Lopes, Regina C. Barroso Joaquim de Assis G. ENITECNOLOGIE Giuseppe Giunta, da definire

COMPETENZE SPECIFICHE PARTECIPANTI

DEL

RESPONSABILE

E

DEI

VARI

GRUPPI

1.1 Competenze nel settore della tomografia del responsabile prof. Roberto Cesareo Il prof. R. Cesareo ha iniziato ad occuparsi di tomografia X nel 1979. Negli anni 1980-81 ha realizzato il primo tomografo in trasmissione per applicazioni non- mediche. Esso era caratterizzato da una sorgente radioisotopica di Am-241 e da un singolo rivelatore NaI(Tl). Un tomografo simile è stato poi realizzato al Centro EM BRAPA di S. Carlos (Brasile) per tomografie di carote di suolo. Successivamente, negli anni 90 sono stati realizzati diversi altri prototipi, con tubi a raggi X e vari sistemi di rivelatori. Alla fine degli anni 80 realizzava un tomografo per immagini con raggi X di fluorescenza. Negli ultimi 5 anni del secolo passato realizzava, con la Gilardoni, un tomografo industriale, del quale alcuni esemplari venivano venduti in Messico e Brasile. Negli stessi anni iniziava a lavorare sulla tomografia Compton, realizzando anche qui un prototipo che dava ottimi risultati.

Nel seguito sono mostrate le più importanti pubblicazioni nel settore. 1. R. Cesareo, M. Giannini: Elemental analysis by means of X-ray attenuation measurements; Nucl. Meas. Methods 169 (1980) 551. 2. R. Cesareo, M. Giannini, L. Storelli : A miniature X-ray tomography scanner employing radioactive sources; Int. Conf. Applic. of Physics to Medicine and Biology, Trieste, 30 aprile- 3 maggio 1982, World Sci. (1983) 3. S. Crestana, R. Cesareo, S. Mascarenhas: Using a computed tomography miniscanner in soil science; Soil Sci. 142 (1986) 56. 4. R. Cesareo, P. Pantaleone: A mini- tomograph scanner employing monoenergetic radiation; Phys. Med. 3 (1987) 129. 5. R. Cesareo, S. Crestana, P.E. Cruvinel, S. Mascarenhas: The mini-CT scanner: physical principles and appications in soil physics; Escuela latino-americana de fisica de suelos 24.1 – 6.2.1988. 6. R. Cesareo: Principles and Applications of Differential tomography; Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. A 270 (1988) 572-577. 7. R. Cesareo, S.Q.G. Mahtaboally: Use of differential tomography in the study of natural processes; IEEE Trans. Med. Imaging 8 (1989) 163. 8. R. Cesareo, S. Mascarenhas: A new tomographic device based on the detection of fluorescent X-rays; Nucl. Instrum. Methods A277 (1989) 669. 9. R. Cesareo: X-ray fluorescence and tomography with X-ray tubes; J. Trace Elem. Electrolytes Health Dis. 3 (1989) 179. 10. R. Cesareo, S.Q.G. Mahtaboally, U.S. Lal, L. Storelli, A. Castellano, S. Bonpadre, L. Ferrante, L. Leone, A. Rescigno, S. Salleo: Applications of differential tomography to biological systems; Phys. Med. 1 (1989) 17. 11. R. Cesareo, S. Mascarenhas, S. Crestana, A. Castellano: New tomographic methods using X-ray tubes; Nucl. Instrum. Methods A299 (1990) 440. 12. P.E. Cruvinel, R. Cesareo, S. Crestana, S. Mascarenhas: X-ray and gamma-ray computerized moni tomograph scanner for soil science; IEEE Trans. on Instrum. & Measurem., New York 39 (1990) 745. 13. A. Brunetti,A. de Almeida, R. Cesareo, G.E. Gigante: density measurements by an image intensifier system; workshop on Computers for signal processing; 30.8-3.9.1993, S. Carlos, S.P., Brazil. 14. R. Cesareo, S. Crestana, S. Mascarenhas: Nuclear techniques in soil science; Soil Science (Trends in agric. Sci.) 1 (1993) 27. 15. R. Cesareo, J.T. de Assis, S. Crestana: Attenuation coefficients and tomographic measurements for soil in the energy range 10-300 keV; Appl. Radiat. Isotopes 45 (1994) 613. 16. R. Cesareo, C.R. Appoloni, A. Brunetti, A. Castellano, P.E. Cruvinel, S. Mascarenhas, J.T. de Assis, G.E. Gigante: Industrial applications of tomography and microtomography; Int. Symp. on comput. Tomography, Berlin 8-10 June 1994, 295. 17. R. Cesareo, A. Brunetti, C.R. Appoloni, A. Castellano, G.E. Gigante: Tomografia e microtomografia nelle prove non distruttive ; 8° Congresso Nazionale Prove non distruttive; Torino 17-19 ottobre 1995. 18. R. Cesareo, D.V. Rao, C.R. Appoloni, A. Brunetti: Microtomography using a tube source of Xrays, a low energy resolution HpGe detector system and an array of detectors; Nucl. Instrum. Methods A356 (1995) 573. 19. S. Crestana, P.E. Cruvinel, S. Mascarenhas, C.M.P. Vaz, J.M. Naime, R. Cesareo, D.R. Nielsen, K. Reichardt: Tomografia reconstrutiva in Instrumentacao agropecuaria: contribucoes no limia do novo seculo; Brasilia: EMBRAPA-SPI, 1996, Cap. 4, 152-200. 20 R. Cesareo, A. Brunetti, C.R. Appoloni, S. Crestana, P.E. Cruvinel, S. Mascarenhas, A. Mendoza Cuevas: X and gamma rays for imaging and trace elements of soil; I SIAGRO,S.

Carlos, S.P., Brazil (1997) 5. 21 .R. Cesareo et al.: X and gamma-ray tomography for non destructive material testing; SPIE Int. Symp. Denver 18-23 July 1999, vol. 3772, 292-303. 22. R. Cesareo, A. Brunetti, C. Cappio Borlino, S. Mascarenhas, R. Robert, A.Castellano, S. Quarta, P. Quarta Colosso, G. E. Gigante: X and gamma-ray tomography for the study of works of art; NDT, January 2000, vol. 5, n.1. 23. R. Cesareo, F. Balogun, A. Brunetti, C. Cappio Borlino: 90° Compton and Rayleigh measurements and imaging; Rad. Phys. Chem. 61 (2001) 339-42. 24. R. Cesareo, A. Brunetti, C. Cappio Borlino, A. Castellano, M. Rosales M., G. Cerri: X-ray tomography for the study of works of art; Convegno intern. “Archaeometry in Europe in the third millennium; Ac. Lincei, Rome, 29-30 march 2001; ANL (2002) 189-195. 25. R. Cesareo,A. Brunetti, C.C. Borlino, B. Golosio: A X-ray tomography system for contemporaneous transmission, scattering and fluorescent radiation imaging; Proc. 46th SPIE Intern. Symp. On Opt. Science & Techn., S. Diego, CA, USA july 2001, 310-321. 26. R. Cesareo, C. Cappio Borlino, A. Brunetti, B. Golosio, A. Castellano: A simple scanner for Compton tomography; Int. Conf. on Imaging, Orosei 24-28 September 2001, Nucl. Instr. Methods in Phys. Res. A487 (2002) 188-192. 27. D.V. Rao, R. Cesareo, A. Brunetti, T. Takeda, Y. Itai, T. Akatsuka, G.E. Gigante: Computed tomographic images of soft materials using differential attenuation: interior properties of the materials at optimum energy in terms of attenuation coefficient; NDT& E International 35 (2002) 573-580. 1.2 Competenze del prof. Antonio Brunetti Il prof. Antonio Brunetti ha iniziato ad occuparsi di tomografia con raggi X in occasione della sua Tesi di Laurea, alla fine degli anni 80. Passato ad occuparsi di software, è ritornato ad interessarsi di tomografia X a metà degli anni 90. Da allora si è occupato di tutte le componenti della tomografia, ed in particolare degli algoritmi di ricostruzione d’immagine, ma anche di realizzare ed ottimizzare prototipi di tomografo. Negli ultimi anni si è in particolare dedicato alla tomografia Compton, in cui ha raggiunto brillanti risultati. Nel seguito sono elencati i suoi più importanti contributi nel settore: 1. A. Brunetti, R. Cesareo, B. Golosio, P. Luciano, A. Ruggero, “Cork quality estimation by using Compton tomography”, Nuclear Instruments and Methods B, 196, 161-168, 2002. 2. A. Brunetti, B. Golosio, R. Cesareo, ‘A correction procedure for self-absorption artifacts in XRay Compton tomography’, X-Ray Spectrometry 31, 377-382, 2002. 3. A. Brunetti, B. Golosio, ‘A new algorithm for Computer Tomographic Reconstruction from partial view projections’, Medical Physics, 28(4), 462-468, 2001. 4. D.V. Rao, R. Cesareo, A. Brunetti, T. Takeda, Y. Itai and T. Akatsuka, G.E. Gigante, “Computed tomographic images of soft materials using differential attenuation: interior properties of the materials at optimum energy in terms of attenuation coefficient”, NDT&E International (accepted), 2002. 5. B. Golosio, A. Brunetti, R. Cesareo, “Correction for x-ray absorption in Compton tomography”, Journal de Physique IV (accepted). 6. D.V.Rao, T.Takeda, Y.Itai, T.Akatsuka, R.Cesareo, A.Brunetti and G.E.Gigante, X-ray scattering cross-sections for molecules, plastics, tissues and few biological materials. Journal of Trace and Microprobe Techniques, vol. 20, pp. 327-361, 2002. 7. R. Cesareo, C. C. Borlino, A. Brunetti, B. Golosio, A. Castellano, ‘A simple CT scanner for Compton imaging’, Nuclear Instruments and Methods A, 487, 188-192, 2002. 8. B. Golosio, A. Brunetti, R. Cesareo, S. R. Amendolia, D. V. Rao, S. M. Seltzer, ‘Images of soft materials: a 3D visualization of interior of the sample in terms of attenuation coefficient’, Nuclear Instruments and Methods A, 465, 577-583, 2001.

9. A. Brunetti, B. Golosio, ‘Software for X-ray fluorescence and scattering tomographic reconstruction’, Computer Physics Communications, 141, 412-425, 2001. 10. B. Golosio, A. Brunetti, S. R. Amendolia, ‘A novel morphological approach to volume extraction in 3D tomography’, Computer Physics Communications , 141, 217-224, 2001. 11. R. Cesareo, F. Balogun, A. Brunetti and C. Cappio Borlino, “90° Compton and Rayleigh measurements and imaging”, Radiation Physics and Chemistry, 61, 339-342, 2001. 12. A. Castellano, S. Quarta, G. Palamà, A. Brunetti and R. Cesareo,” Radiographic films as a detection system for a CT-scanner, Radiation Physics and Chemistry, 61, 753-755, 2001. 13. D.V.Rao, R.Cesareo, A. Brunetti and G.E.Gigante, “Computed tomography with image intensifier : Potential use for Non-Destructive testing and imaging of small objects “, Nondestructive Testing and Evaluation (NDT&E) , 33, 523-530, 2000. 14. F. Balogun, Brunetti A., R. Cesareo, “Volume of intersection of two cones”, Radiation Physics and Chemistry, 59, 23-30, 2000. 15. R. Cesareo, D. V. Rao, C.R. Appolloni, A. Brunetti, “Microtomography using a tube source of X-rays, a low-energy-resolution HPGe detector system and an array of detectors”, Nuclear Instruments and Methods A, A356, 573-578, 1995. 3. Competenze del prof. Alfredo Castellano Il prof. Alfredo Castellano ha iniziato ad occuparsi di tomografia nel 1989, collaborando con il prof. R. Cesareo. Tra gli altri contributi egli ha realizzato un tomografo che impiega come rivelatore una lastra radiografica opportunamente movimentata. Ha realizzato in particolare sistemi tomografici per misure nel settore dei Beni Culturali, con le quali ha “tomografato” una statua di cartapesta di grandi dimensioni, ed alcune ceramiche antiche. Più recentemente, nell’ambito del progetto INFN TICOM, ha assemblato un tomografo per misure Compton, per la specifica misura di distacchi di affreschi. Tra i contributi del prof. A. Castellano si vedano le precedenti pubblicazioni 10, 11, 16, 17, 22, 24 26, 7, 12. 4. Competenze del prof. Ricardo T. Lopes, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro Il prof. Ricardo Lopes si occupa da circa 20 anni di vari tipi di tomografie: con raggi X, in trasmissione, diffusione Compton ed in diffrazione, e con neutroni. Il prof. Lopes ha particolare competenza nell’uso della tomografia in trasmissione per l’industria petrolifera (in collaborazione con la Petrobras) e della tomografia in diffrazione. Nel seguito sono elencati alcuni delle pubblicazioni del prof. Lopes nel settore della tomografia: 1. CRISPIM, V.R.; LOPES, R.T. & BORGES, J.C. – Image Reconstruction using Neutrongraphy (in portuguese). Proc. of I CGEN, Rio de Janeiro. P. 39-42, 1986. 2. LOPES, R.T.; CRISPIM, V.R. & BORGES, J.C. – Image Reconstruction algorithm to Industrial Applications. (in portuguese) Proc of I CGEN, Rio de Janeiro, P. 89-92, 1986. 3. LOPES, R.T. & ASSIS, J.T. – Quantitative Analyse of Image Reconstruction by noise projections (in portuguese). Proc. of II CGEN, 87-100, 1988. 4. ANJOS, M.J. & LOPES, R.T. - Compton Scattering Gamma-Ray as Surface Inspection Technique. Nuclear Instr. and Meth. A280, 535-538, 1989. 5. LOPES, R.T.; DE ASSIS, J.T. & RODRIGUES, J.L. - A Microtomographic System in NDE Applications - International Symposium on Computerized Tomography for Industrial Applications Berlin, Germany, 1994. 6. DE ASSIS, J.T., LOPES, R.T. & RODRIGUES, J.L. - Microfocus Radiography Producing Microtomography - Nucl. Instr. & Methods, A353, 338-339, l994. 7. LOPES, R.T.; PEREIRA, W.W. - A Comparative Study of Tomographies Using Gamma Rays and Neutrons in Non Destructive Testing - Nuclear Instr. & Methods, A353, 3142-144, 1994.

8. LOPES, R.T.; BRAZ, D. & MOTTA, L.M.G. - “Utilization of Computerized Tomography in the Analyse of Fatigue Tests in an Asphaltic Mixture” - Int. Symp. on Non-Destructive Testing - Civil Engineering - Berlim/Alemanha, l995. 9. LOPES, R.T.; BRAZ. D. & MOTTA, L.M.G. - “Dual-Energy Computerized Tomography in Compacted Soil” - Int. Symp. on Non-Destructive Testing - Civil Engineering - Berlim/Alemanha, l995. 10. LOPES, R.T.; RODRIGUES, J.L.; DE ASSIS, J.T.; DE JESUS, E.F.O. AND OLIVEIRA, L.F. Evaluation of a Microtomography System with an X-Ray Microfocus Tube - Applied Radiation and Isotopes , Vol.48, 1437-1442, 1997. 11. LOPES, R.T.; VALENTE, C.M.; DE JESUS, E.F.O. AND CAMERINI, C.S. - Detection of Paraffin Deposition Inside a Draining Tubulation by the Compton Scattering Technique - Applied Radiation and Isotopes, Vol.48, 1443-1450, 1997. 12. BARROSO, R.C., GONÇALVES, O.D., EICHLER, J., LOPES, R.T. AND CARDOSO, S.C. Study of Secondary X-rays from Radiographic Intensifying Screens - Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A404 , 407-412, 1998. 13. R.C. BARROSO, R.T. LOPES, O.D. GONÇALVES AND J.T. DE ASSIS – “X-Ray Diffraction Tomography Using Interference Effects” - Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A 418, 458-464, (1998). 14. I.L.M. SILVA; R.T. LOPES and E.F.O. DE JESUS – “Tube Defects Inspection Technique by using Compton Gamma-Rays Backscattering” - Nuclear Ins truments & Methods in Physics Research, A 422, 957-963, (1999). 15. R.C. BARROSO; R.T. LOPES, O.D. GONÇALVES and J.T. DE ASSIS – “Image Reconstruction Algorithm to X-Ray Diffraction Tomography” - Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A 422, 718-723, (1999). 16. D. BRAZ; R.T. LOPES and L.M.G. DA MOTTA – ‘Analysis of the Percentage Voids of Test and Field Specimens using Computarized Tomography” - Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, A 422, 942-948, (1999). 17. R.T.LOPES; A.P. BESSA; D. BRAZ and E.F.O. DE JESUS – “Neutron Computerized Tomography in Compacted Soil” – Applied Radiation and Isotopes, Vol.50, 451-458, (1999). 18. D. BRAZ; L.M.G. DA MOTTA and R.T. LOPES – “Computed Tomography in the Fatigue Test Analysis of an Asphaltic Mixture” - Applied Radiation and Isotopes, Vol.50, 661-671, (1999). 19. CESAREO, R.; BRUNETTI, A.; LOPES, R.T. ; et al. – “X and gamma ray Tomography for Non Destructive Testing”, Proceedings of SPIE, Vol.3772, pp. 292-303 (1999). 20. BARROSO, R.C.; LOPES, R.T. ; GONÇALVES, O.D.; de ASSIS, J.T. ANJOS, M. J. – “Coherent Scattering Contribuition in Tomography”, Nucleus, Vol.26, pp. 37-41 (1999). 21. Braz, D.; Lopes, R.T. and Motta, L.M.G. – “Computerized Tomography: in Evaluation of the Effect of Adding the Polymer SBS to the Asphaltic Mixtures used in Paving”, Applied Radiation and Isotopes, Vol.53, 725-729 , (2000). 22. Barroso, R.C.; Lopes, R.T.; Gonçalves O.D. e Jesus, E.F.O. – “Angle-Dispersive Diffraction with Synchrotron Radiation at LNLS (Brazil): Potencial for use in Biomedical Imaging”, Applied Radiation and Isotopes, Vol.53, 717-724, (2000). 23. Lopes, R.T.; Costa, E.B. and Jesus, E.F.O. – “Computerized Tomography with monochromatic Bremsstrahlung Radiation”, Applied Radiation and Isotopes, Vol.53, 665-671, (2000). 24. Braz, D.; Lopes, R.T. and Motta, L.M.G. – “Computed Tomography: Evaluation of Stability Tests and Indirect Tensile Strength of Field Asphalt Mixtures”, NDT & E International, Vol.33(8) , 517-522, (2000). 25. Braz, D.; Lopes, R.T. and Motta, L.M.G. – “Dual-energy Computerized Tomography in Compacted Soil”, Geotechnical and Geological Engineering, Vol.18(3) , 221-238, (2000). 26. Barroso, R.C.; Lopes, R.T.; de Jesus, E.F.O.; Oliveira, L.F. and Anjos, M.J. – “Measurements of Differential Cross-Section for X-ray Diffraction in Amorphous Materials using Synchrotron Radiation”, Proceedings of SPIE, Vol.4142 , 101-107, (2000).

27.. Lopes, R.T., Rocha, H.S. Jesus, E.F.O., Barroso, R.C., Oliveira, L.F., Anjos, M.J., Braz, D and Simabuco, S.M.;– “X-ray Transmission Microtomography Facility at the National Synchrotron Light Laboratory” – IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference – LyonFrance, pag. 19-31, 15-20 de Outubro de 2000. 28. Braz,D.; Lopes, R.T.; Motta, L.M.G. ; Silva, P.D.E.A. - “ Feasibility of using Computed Tomographic System to Study two Concrete Mixtures using in Paving” – 2nd International Symposium on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, – Alabama-USA, 2001. 29. Braz, D.; Barroso, R.C.; Lopes, R.T.; Anjos, M.J.; and de Jesus, E.F.O.– “Evaluation of scatter-to-primary ratio in soil CT- imaging”, Radiation Physics and Chemistry, Vol.61, 747-751, (2001). 30. Barroso, R.C.; Anjos, M.J.; Lopes, R.T.; de Jesus, E.F.O.; Simabuco, S.M.; Braz, D. and Castro, C.R.F. – “Matrix Characterization using Synchrotron Radiation X-ray Diffraction”, Radiation Physics and Chemistry, Vol.61, 739-741, (2001). 31. Alcón, E.P.Q. and Lopes, R.T..– “Slot Scintillation Detector Modeling for Digital Radiography”, Radiation Physics and Chemistry, Vol.61, 411-414, (2001). 32. Barroso, R.C.; Lopes, R.T.; de Jesus, E.F.O. and Oliveira, L.F.– “X-Ray Diffraction Microtomography using Synchrotron Radiation”, Nuclear Instruments and Methods-A, Vol.471 , 75-79, (2001). 33. Lopes, R.T.; Oliveira, L.F; de Jesus, E.F.O. and.Braz, D.– “Analysis of Complex Structures using a 3D X-ray Tomography System with Microfocus Tube”, Proc. of SPIE, Vol. 4503 , 213-221, (2002). 34. Barroso, R.C.; Anjos, M.J.; Lopes, R.T.; de Jesus, E.F.O.; Braz, D., Castro, C.R.F. and Uhl, A.– “Analysis of Matrix Characterization by X-ray Diffraction and Synchrotron Radiation”, Radiation Physics and Chemistry, Vol.65/4-5, 501-505, (2002).

7. RIPARTIZIONE DEI COMPITI A. SASSARI Il gruppo di Sassari ha il compito di coordinare il progetto, di disegnare e realizzare il tomografo multiplo, di ottimizzare gli algoritmi di ricostruzione e di realizzare le specifiche applicazioni. B. CAGLIARI Il gruppo di Cagliari ha il compito specifico di realizzare l’analizzatore multicanale multiplo, il quale deve in sostanza consistere di 4 analizzatori da 512 (o 1024) canali, deve consentire di selezionare un intervallo di energia, escludendo il contributo di radiazione non desiderata e deve infine inviare i dati al PC, il quale provvederà successivamente alla ricostruzione di immagine. C. LECCE Il gruppo di Lecce si è già dedicato in passato, con progetto finanziato dall’INFN (TICOM), a mettere a punto un sistema di misura che utilizza la radiazione Compton diffusa, per evidenziare eventuali distacchi su affreschi. Esso dovrà continuare ad approfondire questo aspetto, ed a ottimizzare le condizioni per la tomografia Compton. Inoltre, questo stesso gruppo si dovrà occupare delle misure in diffrazione e della relativa tomografia D. RIO DE JANEIRO Questo gruppo ha acquisito nel passato notevoli esperienze nel settore della tomografia in trasmissione ed in diffrazione, realizzando apparecchiature ottimizzate per questo tipo di immagini, ed applicando questa tecnica ad alcuni casi di interesse pratico nel settore, in particolare,

dell’industria petrolifera. Questo gruppo contribuirà al multitomografo per la parte che riguarda in particolare la tomografia in diffrazione. E. ISTITUTO CENTRALE DEL RESTAURO Questo Istituto, che ha una esperienza di oltre 50 anni nel settore dello studio, conservazione e restauro dei Beni culturali, è rappresentato dal prof. Maurizio Marabelli, già Direttore dei Laboratori dell’ICR e dalle dott.sse Paola Santopadre e Marcella Ieole. Vi è una ormai trentennale collaborazione tra M. Marabelli, R. Cesareo ed A. Castellano, che ha portato a risultati di grande importanza, in particolare nell’uso della tecnica della fluorescenza X .

1. STRUMENTAZIONE RICHIESTA Anche tenendo in considerazione la strumentazione già disponibile presso le Sedi di Sassari e di Lecce, le richieste, per quanto riguarda le spese inventariabili, è tutta orientata all’acquisto dei rivelatori adatti per la tomografia Compton, Rayleigh ed in diffrazione, di fluorescenza X. In particolare si richiede: a. un rivelatore del tipo CMOS della Hamamatsu , il quale dovrebbe essere molto adatto alla tomografia Compton e, se necessario, alla tomografia in trasmissione; il costo di questo rivelatore si aggira sui 15000 Euro; b. un rivelatore del tipo CZT (CdZnTe) oppure CdTe, raffreddato termoelettricamente, per la tomografia di fluorescenza X; (il rivelatore CdTe della AMPTEK 5x5x1 mm3 costa circa 8000 Euro) c. un rivelatore “anulare” per la tomografia Rayleigh o in diffrazione. Questo rivelatore non è stato ancora del tutto identificato, ma potrebbe essere un sistema di rivelatori CdTe disposti ad anello. Una valutazione approssimata di questo tipo di rivelatore (costituito per es. da 8 rivelatore CdTe disposti ad anello) è di circa 20000 E. La richiesta finanziaria, biennale, comporterà oltre al materiale inventariabile (43000 Euro), anche materiale non inventariabile (di consumo) per un totale di 10000 Euro e spese per missioni (interne ed esterne) per 10000 Euro.

Codice

Esperimento Gruppo MULTITAC 5 Rapp. Naz.: Roberto Cesareo

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004

PREVISIONE DI SPESA Piano finanziario globale di spesa In KEuro ANNI Miss. FINANZIARI interno 2004 2005

TOTALI

Mod EC./EN. 6

Miss. Materiale di Trasp. e Spese estero. cons. Facch. Calc.

16 11.0

11 15.0

16 13.0

1 0.0

27,0

26,0

29,0

1,0

0 0.0

Affitti e Manut. Appar. 0 0.0

Mater. Costr. inventar appar. 15 30.0

45,0

0 0.0

TOTALE Compet. 59.0 69.0

128,0

(a cura del responsabile nazionale)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura BO

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Franco Casali

Gruppo 5

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

N 1 2 3 4 5

Qualifica Affer. RICERCATORE Dipendenti Incarichi al % Cognome e Nome gruppo . Art. 23 Ruolo Ricerca Assoc Dott. Dott. P.A. R.U. AsRic

Bettuzzi Matteo Brancaccio Rosa Casali Franco Morigi Maria Pia Romani Davide

5 5 5 5 5

N

TECNOLOGI Cognome e Nome

Qualifica Incarichi % Ass. Ruolo Art. 23 Tecnol. Dipendenti

50 50 50 50 50

Numero totale dei Tecnologi Tecnologi Full Time Equivalent N

Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica Incarichi

Dipendenti Ruolo Art. 15

Annotazioni: mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7

%

Collab. Assoc. tecnica tecnica

5 Numero totale dei Tecnici 2.5 Tecnici Full Time Equivalent

SERVIZI TECNICI Denominazione

TECNICI

0 0

(a cura del responsabile locale)

0 0

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura CA

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Roberto Cesareo

Gruppo 5

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

N 1 2 3 4 5

RICERCATORE Cognome e Nome

Qualifica Dipendenti Incarichi

Affer. al gruppo . Art. 23 Ruolo Ricerca Assoc

P.O. R.U. P.O.

BOTTIGLI UBALDO BRUNETTI ANTONIO CESAREO ROBERTO GOLOSIO BRUNO RANDACCIO PAOLO

Dott. P.A.

5 5 5 5 5

%

N

TECNOLOGI Cognome e Nome

Qualifica Incarichi % Ass. Ruolo Art. 23 Tecnol. Dipendenti

20 70 80 20 20

Numero totale dei Tecnologi Tecnologi Full Time Equivalent N

Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica Incarichi

Dipendenti Ruolo Art. 15

Collab. tecnica

Annotazioni: mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7

%

Assoc. tecnica

5 Numero totale dei Tecnici 2.1 Tecnici Full Time Equivalent

SERVIZI TECNICI Denominazione

TECNICI

0 0

(a cura del responsabile locale)

0 0

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004 Struttura LE

Codice

Esperimento MULTITAC Resp. loc.: Alfredo Castellano

Gruppo 5

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

N 1 2 3 4 5

Qualifica Affer. RICERCATORE Dipendenti Incarichi al % Cognome e Nome gruppo . Art. 23 Ruolo Ricerca Assoc R.U. P.O. Dott. R.U. AsRic

Buccolieri Giovanni Castellano Alfredo Donativi Marina Palamà Gianfranco Quarta Stefano

5 5 5 1 5

N

TECNOLOGI Cognome e Nome

Qualifica Incarichi % Ass. Ruolo Art. 23 Tecnol. Dipendenti

50 50 100 30 80

Numero totale dei Tecnologi Tecnologi Full Time Equivalent N

Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica Incarichi

Dipendenti Ruolo Art. 15

Annotazioni: mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7

%

Collab. Assoc. tecnica tecnica

5 Numero totale dei Tecnici 3.1 Tecnici Full Time Equivalent

SERVIZI TECNICI Denominazione

TECNICI

0 0

(a cura del responsabile locale)

0 0

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2004

Codice

Esperimento Gruppo MULTITAC 5 Rapp. Naz.: Roberto Cesareo

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2004 Data completamento

Descrizione

01.07.2004

acquisizione del rivelatore del tipo C−MOS della Hamamatsu ; montaggio del tomografo con il rivelatore in trasmissione (NaI(Tl)), con il C−MOS per la tomografia Compton, e del CdTe per misure di fluorescenza X

01.01.2005

acquisizione del rivelatore anulare per tomografia Rayleigh ed in diffrazione;acquisizione del rivelatore 5x5x1 mm3 per la tomografia di fluorescenza; montaggio e collaudo di questo rivelatore per tomografie con raggi X a piccoli angoli in avanti.

01.03.2005

montaggio completo del tomografo multiplo ed inizio delle specifiche applicazioni; il tomografo multiplo sarà utilizzato per qualche mese presso l'Istituto Centrale del Restauro.

31.12.2005

completamento delle misure.

Mod EC./EN. 8

(a cura del responsabile nazionale)