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livello elementare
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ARGOMENTO: FISICA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: MAR MEDITERRANEO
parole chiave: relitto, lingotti, piombo
Ogni oggetto, dalla ceramica ai metalli, dall’acqua agli alimenti possiede un livello di radioattività. Questo è un problema per i fisici che studiano la materia in quanto le loro misurazioni possono essere ingannate dalla radiazione acquisita dei materiali. Certo è possibile schermare con lastre di acciaio contro l’intrusione di particelle indesiderate. I grandi centri di ricerca sulla fisica delle particelle ne hanno usato tonnellate negli ultimi decenni per proteggere i propri esperimenti.
Il ritrovamento dei lingotti di piombo durante le fasi di-rilievo e di scavo (fonte Aquarium – Archivio Soprintendenza Archeologia della Sardegna)
Essi non erano acciai qualsiasi, e provenivano spesso da navi da guerra dismesse, affondate durante o prima della seconda guerra mondiale ma, per determinati esprimenti, questi metalli non erano sufficienti e bisognava impiegare materiali schermanti migliori.
potere schermante di diversi materiali – da https://alimentazionesostenibilita2etg.wordpress.com/2017/04/24/trattamento-del-grano-ai-raggi-gamma/
L’alternativa più comune è l’uso del piombo, un metallo molto denso e con un alto numero atomico. Solo pochi centimetri di piombo possono proteggere da ogni tipo di radiazione e bloccare particelle indesiderate che possono falsare le misure di precisione. Il problema è che il piombo moderno presenta un livello di radioattività piombo 210 mentre i lingotti antichi ritrovati in mare hanno invece perso quasi tutta la loro quantità di piombo 210, che è la componente radioattiva e che si dimezza in un periodo di 22 anni. Nelle misure di radioattività ambientale è quindi di fondamentale importanza ridurre al minimo la radiazione di fondo per non confondere il rivelatore utilizzato nelle analisi. La migliore fonte di reperimento di tale piombo sono proprio i relitti delle navi affondate dove la radioattività è completamente decaduta. Di fatto il piombo moderno possiede una debole contaminazione radioattiva dovuta al suo isotopo 210, che si dimezza in circa ventidue anni per cui utilizzare il piombo di una nave romana prodotto duemila anni fa, fornisce un materiale assolutamente incontaminato con livelli molto bassi se non nulli di radioattività intrinseca.
La nave oneraria
Raccontiamo ora la storia di una nave romana, oggetto di numerose campagne di scavo, dal 1989 al 1996, da parte della Soprintendenza Archeologica di Cagliari e Oristano, in collaborazione con un partner apparentemente insolito: il laboratorio nazionale del Gran Sasso appartenente all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFS).
L’imbarcazione venne rinvenuta per caso da un subacqueo al largo della costa di Cabras, davanti all’isola di Mal di Ventre. Si trattava di una nave oneraria magna di 36 metri del I secolo avanti Cristo che trasportava circa duemila lingotti di piombo assieme ad anfore, ancore, attrezzature di bordo ed oggetti di uso quotidiano. La nave proveniva dalla miniera di Sierra di Cartagena, nell’attuale Spagna, ed era probabilmente diretta a Roma. Alcuni lingotti possono essere ancora visti al museo di Cabras in una bella esposizione museale che descrive la scena del naufragio.
Ogni lingotto di piombo è lungo 46 centimetri e alto nove, e ha un peso di circa 33 kg
Un carico importante per il suo capitano perché il piombo era prodotto molto ricercato per i suoi molteplici impieghi: sia per realizzare oggetti di uso comune sia per le condutture per l’acqua. Veniva anche impiegato per realizzare i proietti dei frombolieri, sorta di biglie che venivano lanciate con le fionde sui campi di battaglia. Un particolare interessante fu la scoperta dei marchi di fabbrica che ne identificavano i facitori: si trattava di Caius e Marcus Pontilieni, figli di Marcus, di Quintus Appius, figlio di Caius, e Carulius Hispalius, membri di famiglie ispaniche, di probabile origine latina, che svolgevano attività commerciali minerarie in Spagna.
La collaborazione tra la Sovraintendenza sarda e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare sono un caso esemplare di collaborazione tra le Istituzioni scientifiche, finalizzata sia a valorizzare il patrimonio archeologico subacqueo sia una ricerca scientifica di frontiera, come quella sulla fisica dei neutrini.
Grazie agli strumenti di altissima tecnologia dell’INFS è stato possibile effettuare analisi archeometriche con il metodo dei rapporti isotopici, che hanno permesso l’identificazione dell’origine della miniera di piombo, la Sierra de Cartagena, da cui circa duemila anni fa quel metallo fu estratto. Un piombo che, come vedremo, ha caratteristiche fisico-chimiche uniche ed eccezionali per la schermatura degli apparati scientifici del Laboratorio Nazionale del Gran Sasso (LNGS) perché totalmente privo di contaminazione radioattiva. Vale la pena di parlarne.
Radiazioni dallo spazio
La Terra è continuamente colpita dai raggi cosmici, particelle di origine galattica ed extragalattica, che costituiscono un segnale di disturbo per gli apparati sperimentali per studiare fenomeni estremamente rari o particelle poco conosciute come i neutrini. La scelta di costruire un laboratorio sotterraneo fu influenzata da due fattori:
– la presenza di 1400 metri di roccia che sovrastano i Laboratori costituiscono una copertura tale da ridurre il flusso dei raggi cosmici di un fattore un milione;
– la radioattività naturale presente nella galleria è migliaia di volte inferiore rispetto a quella misurata in superficie grazie alla minima percentuale di Uranio e Torio presente nella roccia di tipo dolomitico che costituisce la montagna del Gran Sasso.
Il Laboratorio Nazionale del Gran Sasso (LNGS) è attualmente il centro di ricerca sotterraneo più grande e importante del mondo. Nacque nel 1979 grazie all’idea del professor Antonino Zichichi, all’epoca Presidente dell’INFN che coordina e finanzia in Italia le ricerche nel campo della fisica nucleare, subnucleare e della fisica delle particelle elementari. In tale ambito è nata una collaborazione internazionale, CUORE, acronimo di Cryogenic Undregroung Observatory for Rare Events, che coinvolge circa 157 scienziati, provenienti da trenta Istituzioni in Italia, USA, Cina, Spagna e Francia. Lo scopo dell’esperimento è di studiare le proprietà dei neutrini e, in particolare, un fenomeno estremamente raro, chiamato doppio decadimento beta senza emissione di neutrini.
L’esperimento si avvale di un rilevatore bolometrico, attualmente in una delle ultime fasi della costruzione, che una volta ultimato sarà il rivelatore a temperature criogeniche più grande mai costruito. Gli schermi in piombo di sei centimetri di spessore saranno infatti raffreddati a 10 milliKelvin, solo 10 millesimi di grado sopra lo zero assoluto.
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Cosa ci si aspetta?
Fu negli anni ’30 del secolo scorso che il fisico catanese Ettore Majorana ipotizzò che i neutrini e gli antineutrini fossero in realtà due manifestazioni della stessa particella per cui la transizione tra materia e antimateria risulterebbe possibile. Un fenomeno che potrebbe essere stato frequente immediatamente dopo il Big Bang ed avere determinato la prevalenza della materia sull’antimateria. L’esperimento del doppio decadimento beta senza emissione di neutrini studia il processo che avviene in un nucleo quando due neutroni si trasformano in due protoni, emettendo due elettroni e due antineutrini. Nel doppio decadimento beta senza emissione di neutrini non avviene emissione di neutrini poiché uno degli antineutrini si trasforma in neutrino. Il progetto ha una grande importanza e non si sarebbe mai potuto realizzare senza la disponibilità dei lingotti di piombo provenienti da un relitto romano.
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Un aiuto dal mare
A partire dal 2010, nell’ambito della collaborazione con la Sovraintendenza sarda, l’LNGS ha ottenuto parte dei lingotti di quel piombo incontaminato da utilizzare per i suoi esperimenti. Sebbene la maggior parte degli oltre mille lingotti estratti dalla nave siano oggi conservati presso il Museo Archeologico Nazionale sardo, 270 di questi sono stati ceduti ai laboratori del Gran Sasso. Un aiuto importantissimo alla fisica che però ha suscitato critiche da coloro che polemizzavano sul fatto di sacrificare materiale archeologico in nome della scienza.
Se è vero che ogni testimonianza del passato può fornire preziosi elementi per comprenderlo meglio è anche vero che quando si è di fronte a ritrovamenti come quello del relitto del Mal di ventre, con migliaia di lingotti, ci si può domandare se, una volta studiati e catalogati (tra l’altro prevedendone la musealizzazione solo per alcuni pezzi) non si possano sacrificare per la scienza parte di quelli destinati ad essere conservati inesorabilmente in qualche deposito. Un argomento spinoso sul quale torneremo presto.
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