Sapere Scienza

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Come ti radiografo la Cupola

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Semplicemente iconica. Tornata in auge anche tra i non appassionati di storia dell'arte grazie a una serie televisiva dedicata ai più grandi mecenati di Firenze, la famiglia Medici: è la Cupola della Cattedrale di Santa Maria del Fiore, il duomo di Firenze, realizzata dall'architetto e scultore Filippo Brunelleschi. Purtroppo la salute dell'edificio sembra in parte cagionevole e, come per chiunque sia malato, è necessario svolgere alcuni esami per poter pianificare eventuali cure.

 

Tra le analisi ci sono quelle di diagnostica per immagini. Ma come si procede per effettuare una radiografia o una tomografia di una cupola? L'Università degli Studi di Firenze, insieme all'Università di Parma, all'Opera di Santa Maria del Fiore, all'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), alla University of Pennsylvania, alla University of New Mexico e ai laboratori di fisica subatomica di Los Alamos, sta mettendo a punto una tecnica ottenere dati sulla struttura e lo stato di conservazione di questa gigante dell'architettura rinascimentale.

 

La Cupola di Santa Maria del Fiore fu progettata da Filippo Brunelleschi - che presentò il suo progetto a un concorso, nel 1418, ma lo vide accettato solo nel 1420 - e terminata nel 1436. Del diametro di più di 40 metri, la struttura è composta da due calotte di forma ogivale: quella interna, larga 2,25 metri, e quella esterna, 0,8 metri (alla base), separate da uno spazio vuoto di 1,2 metri e collegate da speroni e contrafforti. La straordinarietà dell'opera consiste nell'assenza di armature (centine) per il sostegno che è, invece, assicurato dall'impiego di una doppia volta con intercapedine, di cui l'interna realizzata con conci a spina di pesce (secondo la tecnica romana dell'opus spicatum), aveva una funzione strutturale essendo autoportante e quella esterna (rivestita in mattoni e attraversata da costoloni in marmo) solo di copertura. Inoltre, Brunelleschi aggiunse una catena lignea nello spazio tra le due calotte, 7,75 metri sopra la base della cupola, a ulteriore rinforzo. Secondo alcuni studiosi, ci dovrebbero essere anche delle catene in ferro all'interno della muratura, ma i controlli con i metal detector non hanno confermato questa ipotesi.

 

 

Da secoli sono presenti fessurazioni nella Cupola, alcune delle quali ampie 6-7 centimetri e che hanno un tasso di crescita di 7,5 millimetri per secolo. La conoscenza dettagliata della costruzione sarebbe di supporto ai modelli computazionali adoperati per la valutazione del suo comportamento in condizioni statiche e dinamiche (in caso di terremoto). Fino a ora sono state studiate in maniera approfondita solo le parti visibili poiché le tecniche di analisi in grado di indagare l'interno della struttura erano limitate e, oltre a ciò, non esistono disegni tecnici che mostrino quello che era il progetto (probabilmente Brunelleschi era alquanto geloso del suo lavoro).

 

Ma le tecnologie fortunatamente progrediscono e i ricercatori italiani e americani stanno sperimentando una nuova via per "radiografare" la Cupola. Come nel caso della piramide di Cheope, ci aiuteranno i muoni: il muone è una particella elementare, simile in alcune caratteristiche all'elettrone, ma di massa ben 207 volte maggiore. Queste particelle sono prodotte dall'interazione tra i raggi cosmici e gli atomi dei gas presenti nella parte più alta dell'atmosfera terrestre. Come i raggi X attraversano il nostro corpo e ci permettono di visualizzare il nostro scheletro su opportune lastre, i muoni possono oltrepassare pareti spesse e, incidendo su appositi rivelatori, il loro accumulo in un determinato intervallo di tempo consente di distinguere le aree vuote da quelle con maggiore densità, lì dove i muoni saranno stati assorbiti o deviati. In questo particolare caso, la tecnica utilizzata sarà la Multiple Scattering Muon Radiography (MSMR, in italiano tomografia muonica per scattering multiplo), che quindi misura la deflessione dei muoni.

 

Più facile a dirsi che a farsi, data la difficoltà di gestione della strumentazione in una struttura come quella della Cupola di Santa Maria del Fiore. È per questo che ne è stata verificata la fattibilità attraverso un esperimento effettuato a Los Alamos con una muratura in cemento con tre barre di ferro inglobate, che simulasse quella interna della Cupola. L'introduzione degli elementi metallici è servito a capire se lo strumento, una volta a Firenze, riuscirà a individuare gli eventuali inserti in questo materiale all'interno dell'opera di Brunelleschi. I due rivelatori sono stati posizionati sui lati opposti e lasciati a misurare per circa un mese, il tempo che si è mostrato necessario per ottenere delle immagini chiare e utili.

 

Esperimento riuscito? Sì, ma la strumentazione adoperata è troppo pesante per essere realmente operativa nel duomo di Firenze. È per questo che gli scienziati stanno fabbricandone una versione più leggera che sarà assemblata, testata e quindi spedita in Italia, dove si sta invece controllando la possibilità di eseguire anche la radiografia ad assorbimento di muoni, una tecnica da combinare alla MSMR per avere una verifica indipendente dell'esistenza e della posizione di rinforzi metallici all'interno della muratura.

Alessia Colaianni

Giornalista pubblicista, si è laureata in Scienza e Tecnologia per la Diagnostica e Conservazione dei Beni Culturali e ha un dottorato in Geomorfologia e Dinamica Ambientale. Divulga in tutte le forme possibili e, quando può, insegna.

copertina   maggio-giugno 2019

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