Radiation processing for bio-deteriorated archived materials and consolidation of porous artefacts

This paper regards the application of ionizing radiation (gamma rays) in Cultural Heritage. Despite much work has been done, it is necessary to increase knowledge on the advantages and limitations of nuclear technology for this kind of application. Besides, the statement of well defined irradiation condition (in term of irradiation dose and dose rate, environmental atmosphere, pre-treatment of the cultural heritage object) and the proposal of shared guidelines is extremely desirable. From this viewpoint, the evaluation of the often irreversible physical-chemical modification induced by ionizing radiation on treated materials, namely “side-effects”, represent an important goal to guarantee the safeguard of the treated artefacts and the a reliable diffusion of this technology. The ENEA activities performed at Calliope plant were focused on two different aspects: i) Conservation and preservation: bio-deteriogen eradication in archived materials, and ii) Consolidation and protection: degraded wooden and stone porous artefacts consolidation. As regards the conservation aspect, the radiation technology can replace the traditionally used toxic or carcinogenic methods, eliminating the associated health problems and environmental pollution. Large amount of bio-deteriorated objects can be treated in a very short time with excellent reliability, using controlled and standard procedures. Concerning the consolidation problem, many different atmospheric and biological agents, induce severe and somewhat irreversible degradation phenomena on wooden or stone artefacts (i.e. porous materials). Consolidation and surface protection of these degraded objects is usually obtained by the application of natural or synthetic consolidating agents but the penetration inside the porous material it rather difficult limiting the effectiveness of the treatment. Impregnation of the cultural artefact with a diluted solution of new formulation of consolidant precursors followed by radiation induced in situ polymerization represents a very promising solution to achieve actual bulk strengthening.

Il presente lavoro illustra le applicazioni delle radiazioni ionizzanti (radiazioni gamma) nel campo dei Beni Culturali. Nonostante il molto lavoro svolto, occorre approfondire la valutazione dei vantaggi e dei limiti delle applicazioni delle tecnologie nucleare per queste applicazioni. Inoltre, e’ indispensabile utilizzare ben definite condizioni di irraggiamento (in termini di dose e intensità di dose, condizioni atmosferiche, pre-trattamenti dell’oggetto) seguendo linee guida condivise a livello scientifico internazionale. A questo scopo, la valutazione di possibili modifiche chimico-fisiche talvolta irreversibili indotte dalla radiazione ionizzante nei materiali trattati, definiti “effetti collaterali, rappresentano un importante aspetto da investigare al fine di garantire la salvaguardia dell’oggetto trattato e l’affidabile diffusione della tecnologia proposta. Le attività svolte presso l’impianto gamma Calliope dell’ENEA sono focalizzate sulla Conservazione e Prevenzione, con particolare riferimento alla rimozione di agenti bio-deteriogeni nel materiale d’archivio, e sul Consolidamento e la Protezione, in riferimento alle tecniche di consolidamento mediante radiopolimerizzazione in situ di materiale ligneo o lapideo danneggiato. Per quanto riguarda gli aspetti di conservazione, le tecniche di irraggiamento possono sostituire il tradizionale uso di metodi tossici o cancerogeni, risolvendo problemi associati ad aspetti di salute ed ambientali. La tecnica consente inoltre di trattare in tempi brevi e con eccellente riproducibilità, grandi quantitativi di materiale deteriorato, utilizzando procedure standard di controllo. Per quanto concerne i problemi di consolidamento, molti agenti biologici ed atmosferici possono indurre gravi e spesso irreversibili effetti di degradazione su materiale poroso, ligneo o lapideo. In questi casi, il consolidamento e la protezione superficiale avviene mediante l’impregnazione con sostanze naturali o sintetiche anche altamente tossiche, ma l’aspetto della penetrazione in profondità risulta comunque molto difficoltosa e spesso non garantita. Il trattamento del manufatto artistico con una soluzione diluita di precursori innovativi seguita da radio-polimerizzazione in situ, può rappresentare una valida soluzione sia dal punto di vista tecnico che ambientale per il consolidamento in profondità di materiale poroso.