Mario Moroni - Francesco Barbesino

ESPERIENZE DI IRRAGGIAMENTO CON DIVERSE FONTI DI ENERGIA

Memoria presentata al CONVEGNO INTERNAZIONALE
SINDONE 1977
Repubblica di San Marino, 14 -15 febbraio 1997

Introduzione

Da diverso tempo, ed oggi con maggiore insistenza, numerosi studiosi ipotizzano che all'origine dell'impronta sindonica vi sia un irraggiamento che avrebbe causato una specie di proiezione verticale del corpo sulla tela. A nostro avviso, tuttavia, la sola proiezione ortogonale del corpo non é in grado di spiegare importanti particolari dell'impronta quali ad esempio la traccia di entrambe le volte plantari. D'altra parte anche l'assenza di immagine laterale, addotta spesso quale argomento contro l'ipotesi del trasferimento d'immagine per contatto, non è convincente perché un telo di soli 110 centimetri di larghezza non avrebbe potuto comunque fasciare lateralmente il corpo disteso su un tavolo di pietra.

Per gli autori della presente memoria il contatto diretto con la cute, che aveva trasudato sangue, fu la causa prima della formazione dell'immagine. Una conferma si è avuta qualche tempo fa quando liquidi color paglierino liberati dal corpo di un giovane uomo deceduto in un Ospizio inglese per tumore al pancreas, hanno riprodotto l'impronta del cadavere sulla fodera del materasso. Tuttavia non è affatto da escludere che alla elevata definizione dell'immagine abbia contribuito anche un successivo fenomeno radiante. La fonte di energia che avrebbe dato luogo al fenomeno è stata indicata da autori diversi nei raggi UV, nelle radiazioni nucleari o nel flusso neutronico.

La presenza di questi fenomeni avrebbe potuto alterare più o meno marcatamente la datazione ottenuta nel '78 mediante il conteggio del 14C con gli spettrometri di massa (AMS).

Abbiamo pertanto raccolto alcuni campioni di lino; tre di essi erano stati irraggiati in condizioni note, mentre uno è stato sottoposto da noi stessi ad irraggiamento e di tutti é stata determinata, presso laboratori specializzati, l'età radiocarbonica.

Successivamente si è studiato, sugli stessi campioni, l'effetto che un incendio quale quello di Chambery del 1532, avrebbe potuto produrre sull'età radiocarbonica. I campioni sono stati pertanto sottoposti al calore di un incendio simulato e nuovamente radiodatati.

Raggi X molli

L'ipotesi che all'origine dell'impronta sindonica vi sia un effetto fotochimico sulla cellulosa prodotto da raggi X molli (o UV) emessi dal corpo per un breve periodo di tempo è stata formulata da John P. Jackson. Questi ipotizza che ad un determinato momento il corpo abbia iniziato ad emettere radiazioni e nel contempo sia diventato permeabile ed abbia permesso al telo di afflosciarsi. Col tempo, per invecchiamento naturale, l'immagine, inizialmente bianca, avrebbe invertito il contrasto cromatico sino a divenire più scura del fondo sottostante. L'ipotesi, per quanto suggestiva, presuppone un evento non verificabile e si presta ad alcune contraddizioni.

Nelle nostre esperienze abbiamo utilizzato un frammento di lino proveniente da Oviedo (Spagna) (1) gentilmente fornito dal prof. Pier Luigi Baima Bollone. Il tessuto è stato diviso in due spezzoni. Una parte è stata preventivamente radiodatata dal laboratorio dell'Università di Tucson - Arizona. La datazione ottenuta con lo spettrometro AMS è stata 1292 ± 53 B.P. mentre l'intervallo di confidenza (2σ), individuato in base alla curva dendrocronologica è risultato compreso tra il 642 ed il 869 d.C (Fig.1).

Successivamente un secondo spezzone del campione è stato sottoposto all'azione di una "luce di mercurio", virtualmente bianca (254 nm), posta a 2 cm di distanza, per 120 ore (valori adottati da J.Jackson (2)). Al termine dell'irraggiamento si osservava che il campione era diventato molto più bianco della tela di supporto che era scarsamente illuminata.

In seguito lo stesso spezzone è stato sottoposto al trattamento termico indicato in Fig.2, che simulava l'incendio di Chambery (3).La successiva datazione radiocarbonica effettuata anche questa volta presso il Laboratorio di Tucson ha fornito i seguenti risultati:

anni radiocarbonici 1405 ± 65 BP
intervallo di confidenza (2σ) 540 - 754 d.C. (Fig.3)

In base a questi risultati si osserva una variazione di circa - 100 anni nel tenore di 14C per irraggiamento + effetto termico, ed un analogo spostamento per gli intervalli di confidenza ottenuti in base alla curva dendrocronologica che tuttavia coprono un intervallo pressoché doppio di quello della curva di Gauss.

Il campione considerato è comunque uno di quelli che ha subito le traversie più varie e, come il telo sindonico, è dubbio che possa considerarsi propriamente un sistema chiuso; in ogni caso è rimasto per secoli esposto alla luce. Pertanto ci siamo procurati un campione di lino proveniente da En Gedi (Israele) e storicamente datato I secolo a.C.- I secolo d.C. (4). Questo campione, certamente rimasto per millenni al riparo della luce, è stato inviato a Tucson al Laboratorio dell'Università dell'Arizona che ha effettuato, su nostra richiesta, due diversi tipi di pulizia per eliminare quanto possibile la presenza di materiale contaminante. Successivamente gli spezzoni sottoposti ai due diversi trattamenti sono stati datati con lo spettrometro di massa che ha fornito i seguenti risultati:

spezzone trattato con acqua deionizzata 2210 ± 55 anni BP; 2σ 386 ¸ 107 a.C. (Fig.4)
spezzone trattato col metodo ABA 2175 ± 55 anni BP; 2σ 400 ¸ 116 a.C. (Fig.5)

Anzitutto si osserva che i due risultati sono pressoché identici e pertanto il campione doveva essere assai poco inquinato. Tuttavia il risultato non è di semplice interpretazione. O vi è stata alterazione nel tempo del contenuto di carbonio nelle catene polimeriche o il campione è più antico di quanto non si ritenesse. L'unica cosa certa é che la datazione storica e quella radiocarbonica non sono coerenti

Il successivo trattamento termico di simulazione, condotto su un terzo spezzone del medesimo campione, presentava l'andamento illustrato in Fig.6.; il Laboratorio dell'Università di Toronto, che ha condotto l'analisi AMS, ha fornito i seguenti risultati:

età radiocarbonica 2240 ± 60 anni BP
intervallo di confidenza 2σ 150 - 400 d.C. (Fig.7)

Il trattamento termico sembra non abbia avuto conseguenze, mentre si riconferma la discrepanza tra data storica e risultato dell'analisi.

Radiazioni nucleari

Il campione di cotone proviene da Nagasaki ed è stato prelevato dalla tunica di una persona che l'indossava durante l'esplosione atomica del 9 agosto 1945. Questi, al momento dell'esplosione, si trovava al lavoro in una fattoria posta a circa 1,5 km dal centro dell'area interessata allo scoppio della bomba. L'indumento, un tessuto degli anni '40. non presentava alcun segno di bruciatura e tuttavia chi l'indossava è deceduto poco tempo dopo l'esplosione (5). Pertanto il tessuto non è stato investito con ogni probabilità dall'onda termica ma dalle radiazioni composte in gran parte da neutroni e raggi γ.

Il campione è stato inviato per la radiodatazione al Laboratorio di Tucson. Questi non presentava tracce di radioattività. Un'indagine preliminare condotta dal Dipartimento di Ingegneria Nucleare del Politecnico di Milano accertava che i valori di nuclidi quali 137Cs e 60Co risultavano inferiori a 0,01 Bq.

L'analisi AMS ha fornito i seguenti valori:

età radiocarbonica 300 ± 50 anni BP;
intervallo di confidenza 2σ 1448 ¸ 1666 d.C. (Fig.8)

È evidente che i neutroni e le radiazioni γ alterano sensibilmente il risultato di una radiodatazione.

Come i precedenti anche questo campione è stato sottoposto all'incendio simulato (Fig.9). La successiva analisi AMS presso l'Università di Miami ha fornito i seguenti valori:

età radiocarbonica 140 ± 40 BP
intervallo di confidenza 2σ 1665 - 1950 d.C. (Fig.10)

Si nota un effetto di "invecchiamento" per radiazioni nucleari ed un successivo "ringiovanimento" per effetto termico.

Ricaduta radioattiva

Il campione, che è di cotone, proviene da Gomel una località della Bielorussia a 100 km da Chernobyl sulla quale la nube di polvere radioattiva, creatasi in seguito all'esplosione dell'Unità 4 del reattore RBMK avvenuta il 26 aprile 1986, ha dato luogo ad una rilevante presenza di particelle ed isotopi radioattivi anche se certamente assai inferiore al quella del campione precedentemente analizzato (6).

Sottoposto ad esami gamma presso il CCR Euratom di Ispra presentava all'epoca dell'incidente un'attività di 2,19 Bq/g per il 134Cs e di 3,77 Bq/g per il 137Cs che scendeva, prima dell'invio del campione per l'analisi AMS, a 0,08 Bq/g per il 134Cs e 3,01 Bq/g per il \37C.. Il Laboratorio di Toronto che ha eseguito la radiodatazione ha fornito la data del 1986 d.C., anche se, come si è fatto notare, non si dispone di calibrazioni accurate relativamente a questo periodo. Comunque l'esito della ricaduta radioattiva sembra nullo e questo è plausibile poiché anche sugli organismi umani gli effetti si sono manifestati a Gomel solo molto lentamente nel tempo (7).

Flusso neutronico

Jean Baptiste Rinaudo, biofisico, ricercatore di medicina nucleare all'Università di Montpellier attribuisce all'apporto di un'energia sconosciuta la proprietà di disintegrare gli atomi di deuterio, ovvero di rompere il nucleo di deuterio che si trova presente nell'acqua e nella materia organica del corpo umano (8). I nuclei formati da un protone ed un neutrone all'atto della fissione liberano protoni. Sarebbero questi ultimi, secondo Rinaudo, che avrebbero formato l'immagine sindonica, mentre i neutroni avrebbero irradiato l'intero tessuto arricchendolo di carbonio radioattivo. Per avvalorare l'ipotesi il prof. Rinaudo ha sottoposto ad irraggiamento neutronico un campione di lino prelevato da una mummia egizia, datata col radiocarbonio 2720 a.C. (9) (Fig.11).

L'irraggiamento,eseguito presso il Laboratorio di Geofisica Nucleare dell'Università Fourier di Grenoble è stato eseguito per 20 secondi con un flusso di 0,1 x 1016 neutroni/cm2/s. La dose integrata di 1,7 x 1016 ± 10% neutroni/cm2 si riteneva fosse quella necessaria per "ringiovanire", dal punto di vista del contenuto di carbonio radioattivo, di 13 secoli un antico lino. In realtà il Laboratorio AMS di Toronto al quale abbiamo consegnato il campione irraggiato ha individuato un fattore di arricchimento di 570 x (pari a 319 volte quello naturale del carbonio moderno) cosicché la datazione è risultata spostata di 46000 anni nel futuro (Fig.12) con un "ringiovanimento" di 500 secoli! In base alla legge di decadimento sarebbe stato sufficiente un fattore di arricchimento 1,5 x per ottenere il desiderato spostamento di 13 secoli.

In seguito, sulla base di un calcolo eseguito dal prof. Robert E. M. Hedges di Oxford della dose neutronica necessaria per un ringiovanimento di 1300 anni (quelli che intercorrono tra l'analisi AMS del telo sindonico e la presunta data storica), il prof Rinaudo ha proseguito la ricerca irraggiando presso il Laboratorio di Ricerca Nucleare di Strasburgo un lino egizio del I secolo a.C. proveniente dal Museo di Lione. Un primo frammento, dopo effetto termico, è stato radiodatato dal Laboratorio di Groningen che ha ottenuto un valore di 14C pari a 1930 ± 50 BP:

intervallo di confidenza 2σ = 40 a.C. - 160 d.C. (Fig.13)

Un secondo spezzone è stato successivamente irraggiato per 12 secondi con un flusso di 1012 neutroni/cm2/s. Il flusso integrato risultava di 1,16 x 1013 neutroni/cm2.. Il Laboratorio di Toronto che lo ha radiodatato ha trasmesso i seguenti risultati:

anni radiocarbonici 1750 ± 50 BP
intervallo di confidenza 2σ 145 ¸ 415 d.C (Fig.14)

Anche in questa analisi i valori trovati differiscono dalla data archeologica di 200 ± 450 anni circa. In questo caso un ulteriore fattore di incertezza si aggiunge a quelli già considerati: il calcolo della dose neutronica necessaria al ringiovanimento desiderato.

Il campione è stato successivamente sottoposto al trattamento termico (Fig.15) e siamo in attesa dei risultati dell'analisi radiocarbonica affidata al Laboratorio di Toronto.

720 ± 50 BP (Fig. 16)
corrispondente a 1220 – 1400 d. C.

Il flusso neutronico che si sarebbe prodotto per la disintegrazione di tutto il deuterio contenuto in un corpo umano è stato oggetto, a puro titolo orientativo, di un calcolo presso il Dipartimento di Fisica Nucleare dell'Università di Pavia (10). Sulla base di questo calcolo uno spezzoncino di lino, da noi fornito e proveniente da En Gedi (una parte di quello indicato in nota 3), é stato irraggiato con una dose integrata di 3,45 1016 n/cm2 e l'analisi AMS ha riscontrato un livello di radiocarbonio 280 - 290 volte superiore a quello di un tessuto moderno (11) (Laboratorio do Oxford).

In questo caso una possibile conferma sperimentale mediante irraggiamento neutronico e successiva radiodatazione presenta quale incognita principale la percentuale di deuterio che si è disintegrato (certamente non il 100%).

Conclusioni

I risultati delle analisi ottenute mediante gli spettrografi di massa AMS sui campioni irraggiati e non, prima e dopo il trattamento termico sono riassunti in Tab.1.

Anzitutto si può notare che per i campioni originali (prima dell'irraggiamento e della simulazione termica) gli intervalli di confidenza 2σ, che costituiscono il risultato finale della datazione, non si accordano con le presunte date storiche. Nel caso del lino della mummia egizia, ove l'età misurata è in buon accordo con quella presunta, l'intervallo 2σ è addirittura esterno a quello della curva di Gauss. Questo pone una seria ipoteca a valutazioni che si fondino su variazioni dell'ordine dei 100 anni.

E' il caso delle radiazioni UV (seguite dal trattamento termico) ove il tenore misurato di 14C è diminuito e l'età si è spostata dal 658 al 545 d.C. Tuttavia l'intervallo di confidenza ci dice che sarebbe ancora possibile ipotizzare, sia pure con scarsa probabilità, un ringiovanimento di 112 anni (754-642) o, in alternativa, di 329 anni (869-540).

Il tessuto di Nagasaki è stato certamente investito da una dose assai elevata di frammenti radioattivi tra i quali sono della massima importanza per la variazione del 14C i neutroni e i raggi γ. I primi, come è noto, trasformano gli atomi bersaglio di 13C in 14C + γ; anche le radiazioni elettromagnetiche γ possono dar luogo a reazioni nucleari ma la loro forte interazione con gli elettroni che circondano il nucleo del bersaglio, li rendono meno efficaci dei neutroni.

Inoltre i raggi γ interagiscono in modo complesso con i polimeri lineari per dar luogo ad un aumento della loro tridimensionalità. Dosi dell'ordine dei 10 kGy (106 rad) rendono già sensibile il progressivo irrigidimento del materiale. E' tuttavia dubbio se questo fenomeno comporti un sensibile aumento del tenore di 14C. Si può in conclusione dire che i prodotti di fissione, in particolare i neutroni, hanno ringiovanito il tessuto da trecento a cinquecento anni circa, mentre il successivo riscaldamento sembra aver riportato la datazione verso il valore primitivo.

L'esperienze con flusso neutronico "puro" confermano in modo indiscutibile l'azione di ringiovanimento sopra indicata e tuttavia mostrano anche quanto sia difficile dosare il flusso per ottenere un effetto desiderato. E' probabile che le reazioni nucleari non si riducano alla diretta trasformazione di 13C in 14C.

Le simulazioni termiche non hanno prodotto degli spostamenti particolarmente significativi nel tenore di 14C misurato. Occorre tuttavia considerare che v'é stata nel tempo una evoluzione nelle condizioni e nelle modalità di prova (vedi Tab.2), allo scopo di individuare almeno una parte delle situazioni ambientali sviluppatesi durante l'incendio di Chambery i cui effetti sono evidenti sulla Sindone. In particolare il raffreddamento con acqua, le cui caratteristiche sono assai differenti nei quattro successivi esperimenti

In ogni caso questi risultati non sono necessariamente definitivi come non lo sono alcuni dei parametri del modello con i quali viene simulato l'incendio. Nel prossimo futuro ci ripromettiamo, a Dio piacendo, di completare il quadro con i risultati dell'analisi radiocarbonica mancanti e di avviare una nuova serie di esperienze di simulazione termica.






 

figure 1, 2 e 3

figure 4 e 5

 

 

figure 6 e 7

 

figure 8, 9 e 10

 

figure 11, 12 e 13

 

figure 14, 15 e 16

 

Tabella 1

 

Tabella 2






Note:

(1) Verbali di consegna del Prof. Pier Luigi Baima Bollone del 2/7/1990 e del 25/11/1991.
(2) Dopo esposizione alla luce Jackson osservava uno spostamento del diagramma riflettanza - lunghezza d'onda del colore, ed ancora, dopo trattamento termico, uno spostamento diverso della curva di riflettanza ricavata dalla zona investita dalla radiazione e di quella del fondo (John Jackson -Conferenza tenuta al "Rosetum" di Milano il 24 marzo 1990).
(3) Un lino tessuto a saia, in scala 2:1 rispetto alle dimensioni della Sindone, imbevuto di una soluzione di aloe e mirra e ripiegato su se stesso in 48 strati, è stato collocato in un cofano di rame foderato internamente di legno. Durante le esperienze le fiamme di un camino investivano da ogni parte la custodia metallica. Sono state così definite anzitutto le temperature interne ed esterne al cofano che permettono al telo di acquisire la tipica colorazione avorio della Sindone. Nelle successive esperienze i campioni variamente irraggiati sono stati collocati sopra il 21° riquadro della tela.
(4) Il campione di lino proveniente dagli scavi di En Gedi è stato ritrovato dall'archeologo G.Hadas e da noi ottenuto per interessamento del dott. Y. Meshorer di Tel Aviv dell'Israel Antiquites Authority di Gerusalemme e cortesemente inviato dal Curatore del materiale organico dott. Tamar Schick in data 23 novembre 1993. Ci è stato segnalato che il campione è stato lavato leggermente in acqua deionizzata.
(5) Si tratta di una giovinetta, Fukae Shigeko, che moriva il 27 agosto, diciotto giorni dopo l'esplosione.
(6) È improbabile che la ricaduta immediata o locale abbia interessato una località posta a 100 km dall'epicentro dello scoppio. La bomba da 2 Mton sganciata sull'atollo di Bikini aveva raggiunto nelle prime 36 ore un'area di 122 km di raggio ma la potenza dell'esplosione era senza dubbio assai maggiore. Inoltre dopo 36 ore la riduzione dell'attività delle particelle radioattive ß e ? è di circa il 2- 3% di quello iniziale. Rimangono naturalmente alcuni isotopi radioattivi quali il 137Cs che emettono particelle ?.
(7) "Chernobyl ten years on." in Nuclear News, April 1996, pp.35-36.
(8) Il corpo umano contiene circa il 10% di idrogeno. Di questo una parte su 6700 è costituita dal suo isotopo, il deuterio.
(9) Sul campione, gentilmente fornito a M.Moroni dal Prof. Baima Bollone, il Laboratorio dell'Università di Toronto ha ottenuto i valori 4670 ± 60 BP e 2s = 3542 ¸ 3340 a.C.
(10) Si è ipotizzato che il corpo pesasse 70 Kg e che il deuterio fosse presente nella stessa proporzione riscontrabile nell'acqua: 34 g/ m3.
(11) Lettera del Research Laboratory for Archaeology and the History of Art di Oxford del 10/7/1995 a firma dott. Robert Hedges.