Monete Coreane Sotto i Raggi Neutronici: Svelare il Vero dal Falso con la Scienza!

Ciao a tutti! Vi siete mai chiesti come facciamo a distinguere un tesoro antico, magari una moneta vecchia di secoli, da un’imitazione ben fatta? È una sfida enorme nel campo dei beni culturali. Oggi voglio raccontarvi di un’avventura scientifica affascinante che ci ha portati a “guardare dentro” alcune monete di rame coreane del XIX secolo, periodo Joseon, per capire quali fossero autentiche e quali delle repliche. E per farlo, abbiamo usato una tecnologia pazzesca: i neutroni!

La Sfida: Autentico o Replica?

Distinguere un manufatto originale da una copia è cruciale. Non si tratta solo di valore economico, ma di preservare la storia e comprendere le tecniche del passato. Le monete, in particolare, sono come piccole capsule del tempo, testimoni durevoli di epoche specifiche. Studiarle ci apre finestre sull’economia, la società e le tecnologie metallurgiche di un tempo. Ma come fare senza danneggiarle? Qui entrano in gioco i nostri amici neutroni.

Superpoteri Neutronici: Vedere l’Invisibile

L’imaging neutronico è una tecnica non distruttiva e non invasiva, perfetta per i delicati oggetti del patrimonio culturale. A differenza dei raggi X, i neutroni penetrano facilmente molti metalli pesanti, come il rame delle nostre monete, permettendoci di esplorarne la struttura interna in 2D (radiografia) e 3D (tomografia). Inoltre, sono super sensibili all’idrogeno, il che li rende ideali per studiare la corrosione, spesso caratterizzata da gruppi idrossilici (-OH).

Ma noi abbiamo fatto un passo in più! Abbiamo utilizzato una tecnica avanzata chiamata interferometria a reticolo di neutroni (nGI). Immaginate di poter “vedere” non solo l’oggetto, ma anche le sue micro-imperfezioni, come pori minuscoli o precipitati di altri metalli, cose troppo piccole per essere viste con la tomografia convenzionale. L’nGI ci fornisce un tipo speciale di immagine, chiamata immagine in campo oscuro (Dark Field – DF), che è sensibile proprio a queste microstrutture, nell’ordine dei nanometri e micrometri. Analizzando come cambia il segnale DF al variare di un parametro chiamato “lunghezza di autocorrelazione”, possiamo ottenere informazioni quantitative su queste strutture nascoste.

Dentro le Monete: Tomografia e Interferometria al Lavoro

Abbiamo preso due monete: una autentica (GRC-1), recuperata dal fondo del mare, e una replica (1078-1), acquistata in un negozio di antichità. Entrambe apparivano corrose in superficie.

La tomografia neutronica ci ha mostrato subito delle differenze chiave nella struttura 3D interna.

• La moneta autentica presentava una corrosione diffusa e graduale che penetrava profondamente nel corpo della moneta. Questo suggerisce un processo naturale avvenuto nel corso di molto tempo sott’acqua o sepolta. La porosità interna era relativamente bassa, come se i prodotti della corrosione avessero riempito gli spazi vuoti.
• La moneta replica, invece, mostrava una corrosione più localizzata vicino alla superficie e una porosità interna maggiore, con pori anche di dimensioni significative (visibili direttamente nella tomografia). Questo fa pensare a un processo di corrosione artificiale, rapido, magari indotto chimicamente per farla sembrare vecchia.

Poi è arrivato il momento dell’interferometria (nGI). Qui le cose si sono fatte ancora più interessanti. Abbiamo analizzato le immagini DF normalizzate per lo spessore (DF/AT). Perché normalizzare? Perché così eliminiamo l’effetto dello spessore variabile della moneta (dovuto al conio e alla corrosione irregolare) e ci concentriamo solo sulle variazioni microstrutturali.

Ebbene, la moneta autentica ha mostrato delle aree specifiche, soprattutto verso i bordi, con un segnale DF/AT molto più alto rispetto al resto della moneta e rispetto a tutta la replica. Questo segnale forte aumentava al crescere della lunghezza di autocorrelazione, indicando la presenza di microstrutture dell’ordine delle centinaia di nanometri. La replica, al contrario, aveva un segnale DF/AT più basso e uniforme.

Il Piombo Traditore e la Corrosione Svelata

Cosa causava quel segnale DF/AT così alto nella moneta autentica? Abbiamo incrociato i dati dell’nGI con quelli della tomografia e con analisi chimiche superficiali (spettroscopia a raggi X a dispersione di energia – EDS). Ed ecco la sorpresa: le aree con alto segnale DF/AT corrispondevano a:

• Regioni con un basso coefficiente di attenuazione neutronica nella tomografia (zone più “trasparenti” ai neutroni).
• Regioni con una concentrazione di piombo (Pb) significativamente più alta (circa 2-3 volte) rispetto ad altre zone, misurata con l’EDS.

Il piombo, infatti, attenua meno i neutroni rispetto al rame e tende a formare piccoli precipitati (globuli) all’interno delle leghe di rame antiche. Questi precipitati, con dimensioni nanometriche/micrometriche, sono perfetti per generare un forte segnale di scattering a piccolo angolo, proprio quello che “vede” l’immagine DF! L’analisi quantitativa delle curve DF/AT ha confermato questa ipotesi: le aree ad alto segnale mostravano caratteristiche (come la pendenza iniziale e la lunghezza di correlazione) compatibili con una maggiore frazione volumetrica di precipitati di piombo.

Ma non è tutto. Anche la cuprite (Cu2O), un comune prodotto di corrosione del rame che forma strutture microporose, contribuisce al segnale DF, specialmente a lunghezze di autocorrelazione maggiori. Questo spiega perché anche le zone a basso contenuto di piombo e la replica mostravano comunque un certo segnale DF/AT, seppur inferiore.

La combinazione di queste tecniche ci ha permesso di “leggere” la storia della corrosione. Nella moneta autentica, il piombo ha probabilmente agito da punto di innesco per la corrosione (corrosione galvanica), portando a de-alligazione (perdita selettiva di elementi) e alla formazione di prodotti di corrosione nel lungo periodo. Nella replica, la corrosione indotta artificialmente non ha avuto il tempo o le condizioni per creare queste microstrutture complesse legate ai precipitati di piombo e alla lenta trasformazione del metallo.

Conclusioni: Un Nuovo Strumento per il Passato

Questa ricerca dimostra che l’interferometria a reticolo di neutroni, combinata con la tomografia neutronica e tecniche più tradizionali, è uno strumento potentissimo per studiare e autenticare manufatti metallici. Siamo riusciti a distinguere chiaramente la moneta autentica dalla replica basandoci sulle loro “impronte digitali” microstrutturali e sui pattern di corrosione interna, il tutto senza danneggiare minimamente gli oggetti!

Queste informazioni non sono utili solo per l’autenticazione. Capire come questi oggetti si sono corrosi nel tempo ci aiuta a sviluppare migliori strategie di conservazione. Ad esempio, sapere dove la corrosione è più profonda o dove ci sono micro-porosità può guidare l’applicazione mirata di rivestimenti protettivi o consolidanti.

Insomma, grazie ai neutroni e a queste tecniche avanzate, possiamo continuare a svelare i segreti nascosti nei tesori del passato, proteggendoli per le generazioni future. Un’altra vittoria della scienza al servizio della storia e della cultura!

Fonte: Springer