X-ray and neutron imaging for cultural heritage: the INFN-CHNet experience

A. Mazzinghi; L. Castelli; C. Ruberto; S. Barone; F. García-Avello Bofías; A. Bombini; C. Czelusniak; N. Gelli; F. Giambi; M. Manetti; M. Massi; L. Sodi; A. Balerna; L. Pronti; M. Romani; M. Angelucci; G. Viviani; V. Sciarra; M. Cestelli Guidi; M. Marabotto; L. Sottili; L. Vigorelli; F. Tansella; M. Magalini; L. Guidorzi; A. Re; A. Lo Giudice; C. Ricci; F. Pozzi; G. Iorio; V. Graziani; A. Fabbri; P. Branchini; A. De Carlo; L. Tortora; M. P. Morigi; M. Bettuzzi; R. Brancaccio; M. Seracini; F. Cantini; F. Grazzi; G. Marcucci; M. Clemenza; D. Alloni; S. Altieri; R. Rossini; A. Salvini; O. Sans-Planell; D. Zafiropoulos; L. Sarchiapone; F. Arneodo; R. A. Torres Saavedra; M. F. Castellá; N. Mastrangelo; A. M. Morales; F. Taccetti; L. Giuntini

doi:10.1140/epjp/s13360-024-05429-z

2024 Impact factor 2.9

EPJ PLUS - Condensed Matter and Complex Systems

Focus Point on Recent Advances in X-ray and Neutron Imaging for Cultural Heritage and Biomedicine

Open Access

Eur. Phys. J. Plus (2024) 139: 635
https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-05429-z

Regular Article

X-ray and neutron imaging for cultural heritage: the INFN-CHNet experience

A. Mazzinghi¹^,2^a, L. Castelli²^b, C. Ruberto¹^,2, S. Barone¹^,2, F. García-Avello Bofías², A. Bombini², C. Czelusniak², N. Gelli², F. Giambi¹^,2, M. Manetti², M. Massi², L. Sodi², A. Balerna³, L. Pronti³, M. Romani³, M. Angelucci³, G. Viviani³, V. Sciarra³, M. Cestelli Guidi³, M. Marabotto⁴^,5, L. Sottili⁵^,6, L. Vigorelli⁵^,6, F. Tansella⁵^,6, M. Magalini⁵^,6, L. Guidorzi⁵^,6, A. Re⁵^,6, A. Lo Giudice⁵^,6, C. Ricci⁵^,7, F. Pozzi⁵^,7, G. Iorio⁸^,9, V. Graziani⁸^,9, A. Fabbri⁸^,9, P. Branchini⁸^,9, A. De Carlo⁸^,9^,10, L. Tortora⁸^,9^,10, M. P. Morigi¹¹^,12, M. Bettuzzi¹¹^,12, R. Brancaccio¹¹^,12, M. Seracini¹¹^,12, F. Cantini¹^,2^,13, F. Grazzi²^,13, G. Marcucci¹⁴^,15, M. Clemenza¹⁴^,15, D. Alloni¹⁶^,17, S. Altieri¹⁶^,18, R. Rossini¹⁶^,18, A. Salvini¹⁶^,17, O. Sans-Planell⁵^,6^,19, D. Zafiropoulos²⁰, L. Sarchiapone²⁰, F. Arneodo²¹, R. A. Torres Saavedra¹^,2, M. F. Castellá²²^,23, N. Mastrangelo²²^,23, A. M. Morales²²^,24, F. Taccetti² and L. Giuntini¹^,2

¹ Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, via Sansone 1, 50019, Sesto Fiorentino, Florence, Italy
² Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze, via Sansone 1, 50019, Sesto Fiorentino, Florence, Italy
³ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, via Enrico Fermi 54, 00044, Frascati, Rome, Italy
⁴ Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129, Turin, Italy
⁵ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, via Pietro Giuria 1, 10125, Turin, Italy
⁶ Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, via Pietro Giuria 1, 10125, Turin, Italy
⁷ Centro per la Conservazione ed il Restauro dei Beni Culturali “La Venaria Reale”, via XX Settembre 18, 10078, Venaria Reale, Turin, Italy
⁸ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma Tre, via della Vasca Navale 84, 00146, Rome, Italy
⁹ Laboratorio Analisi Superfici Roma Tre - LASR3, via della Vasca Navale 84, 00146, Rome, Italy
¹⁰ Dipartimento di Scienze, Università degli Studi di Roma Tre, via della Vasca Navale 84, 00146, Rome, Italy
¹¹ Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Viale Carlo Berti Pichat 6/2, 40127, Bologna, Italy
¹² Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna, Viale Carlo Berti Pichat 6/2, 40127, Bologna, Italy
¹³ Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Fisica Applicata Nello Carrara (CNR-IFAC), 50019, Sesto Fiorentino, Florence, Italy
¹⁴ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca, Piazza della Scienza, 3, 20126, Milan, Italy
¹⁵ Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Università degli Studi di Milano Bicocca, Piazza della Scienza, 3, 20126, Milan, Italy
¹⁶ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, via A. Bassi 6, 27100, Pavia, Italy
¹⁷ Laboratorio Energia Nucleare Applicata—LENA, Università degli Studi di Pavia, via Aselli 41, 27100, Pavia, Italy
¹⁸ Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Pavia, via Bassi 6, 27100, Pavia, Italy
¹⁹ Helmholtz-Zentrum Berlin für materialien und energie gmbh, Hahn-Meitner-Platz 1, 14109, Berlin, Germany
²⁰ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Legnaro, Viale dell’Università, 2, 35020, Legnaro, Padua, Italy
²¹ Division of Science, New York University Abu Dhabi, Saadiyat Island, 129188, Abu Dhabi, United Arab Emirates
²² Centro de Estudios sobre Patrimonios y Ambiente (CEPyA), Escuela de Arte y Patrimonio, y Escuela de Hábitat y Sostenibilidad, Universidad Nacional de San Martín, Av. 25 de mayo y Francia, Buenos Aires, Argentina
²³ Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Godoy Cruz 2290, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina
²⁴ Centro Tarea, Escuela de Arte y Patrimonio, Universidad Nacional de San Martín, B. Quinquela Martín 1784, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina

^a anna.mazzinghi@unifi.it
^b castelli@fi.infn.it

Received: 20 February 2024
Accepted: 4 July 2024
Published online: 19 July 2024

Abstract

This paper reports on the instrumentation and expertise developed within the INFN-CHNet network for X-ray and neutron imaging, which enable non-invasive identification of materials and production processes in the field of cultural heritage. INFN-CHNet is the network of the Italian National Institute of Nuclear Physics specifically dedicated to the development and application of scientific methods and technologies to cultural heritage. This article focuses on portable MA-XRF scanners, often complemented by additional techniques, PIXE imaging on a newly developed portable accelerator, X-ray radiography and tomography, exploited to their full potential also through the use of portable systems, and neutron radiography and tomography, which require large-scale facilities. In many respects, the information obtained from X-ray and neutron-based methods is complementary, facilitating a comprehensive characterisation of materials, structures, and manufacturing techniques.

© The Author(s) 2024

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