Neutron diffraction in archaeometry: The Italian neutron experimental station INES@ISIS

The Italian Neutron Experimental Station INES, located at the pulsed neutron source ISIS (U.K.), is equipped with a general-purpose neutron diffractometer that was built with a special care aiming to focus its use on archaeometric measurements. In fact, the large sample volume allows to accommodate non standard samples in the neutron beam, the diffraction banks cover an angle of almost 180°, allowing to detect the presence of texture, and the high instrument resolution enables a detailed analysis of the peak shape, to obtain information on the casting process and/or the working techniques applied during the production phase. Thanks to the high penetration power of thermal neutrons, archaeometric measurements performed through neutron diffraction allow to determine bulk properties of the sample. Here, we describe the instrument structure and present some preliminary test measurements, on standard samples, to show the high level quality of the machine. In particular, we will show some results of interest in archaeometallurgy like, for example, multiphase analysis of bronzes and quantitative detection of impurities.

La stazione sperimentale italiana per neutroni INES, situata presso la sorgentepulsata di neutroni ISIS (GB), è equipaggiata con un diffrattometro aneutroni altamente versatile che è stato realizzato con particolare attenzioneper quanto riguarda le misure di carattere archeometrico. Infatti, sia l'elevatovolume della zona campione che consente di posizionare campioni nonstandard nel fascio di neutroni, sia la geometria dei banchi di diffrazione che coprono un angolo di quasi 180° sul piano orizzontale che permettono di individuarela presenza di tessitura nei campioni, sia l'elevata risoluzione strumentaleche consente l'analisi dettagliata del profilo dei picchi di diffrazione,consentono di ottenere informazioni sul processo di colatura e sulle tecnichedi lavorazione applicate nel processo di produzione. Grazie all'elevato poteredi penetrazione dei neutroni termici, le misure di carattere archeometricoeseguite tramite la diffrazione di neutroni permettono di determinare le proprietàinterne del campione. In questo lavoro descriviamo la struttura dellostrumento e presentiamo alcune misure eseguite come test preliminare sucampioni standard in modo da poter mostrare l'elevato livello qualitativo deidati ottenibili con questa macchina. In particolare ci soffermeremo su queirisultati che hanno rilevanza archeometrica quali, per esempio, analisi multifasedi bronzi e determinazione a livello quantitativo delle impurezze.