La pulizia laser è un dono alla comunità dei fisici per aiutare a preservare gli edifici storici. L'inquinamento atmosferico, in particolare gli aerosol di acido solforico, hanno interagito con la statua di carbonato di calcio, formando uno strato di intonaco composto da solfato di calcio e acqua. La pulizia laser può essere utilizzata per rimuovere depositi di pellicola e contaminanti come solfati e nitrati dalle strutture in marmo. La Figura 1 sotto mostra una statua con depositi neri su di essa.
Confrontando la pulizia laser con altri metodi di pulizia della pietra, il primo si distingue per la sua precisione, implementazione senza contatto e versatilità. L'uso diffuso della pulizia laser è stato inizialmente inibito a causa del sospetto che si trattasse di un metodo complesso e che esistessero limitazioni nell'accesso ai monumenti originali per i test.
Tuttavia, i miglioramenti nei modelli di interazione dell’impulso laser con la pietra e i progressi tecnologici nei sistemi laser hanno superato questi dubbi iniziali e la pulizia laser è diventata un pioniere nella pulizia dei monumenti storici.
Pertanto, per rispondere alle prime due domande poste all’inizio di questo articolo, possiamo rispondere che i sistemi laser pulsati, come il laser Nd:YAG da 1064 nm, e le loro lunghezze d’onda armoniche sono pronti per la pulizia delle pietre.
Possono essere utilizzati anche altri tipi di laser pulsati con ampiezze di impulso regolabili.
Per quanto riguarda i vantaggi della pulizia laser rispetto alla sabbiatura, al lavaggio, ai metodi chimici e agli ultrasuoni, si può dire che si tratta del metodo senza contatto e della precisione di rimozione delle pellicole depositate.
Per rispondere a tutte le domande terza, quarta e quinta, è necessario considerare la natura dell'interazione dell'impulso laser con la pietra. L'interazione degli impulsi laser con la pietra può essere suddivisa in processi di ablazione laser autolimitanti e non autolimitanti. Nel caso dei processi di ablazione laser autolimitante, la soglia di danno del film contaminante depositato è molto inferiore a quella del substrato sottostante.
Per i processi di ablazione laser non autolimitanti, invece, le soglie di danneggiamento del substrato e della pellicola sono molto vicine tra loro.
Pertanto, nel primo caso, il processo di pulizia risulterà molto più semplice, perché se si utilizza l’energia e la durata dell’impulso laser adeguate (è molto usato il termine fluenza laser, che significa energia per unità di area, in Joule/cm2), allora l’inquinante la pellicola verrà rimossa. Evapora prima di causare danni al substrato sottostante. Per i casi non autolimitanti, la probabilità di danno è molto più elevata.
Molti lavoratori nel campo della pulizia laser per il restauro artistico utilizzano laser a fibra per la loro flessibilità e capacità di indirizzare il raggio in punti difficili da raggiungere sulle statue. L'atto della pulizia laser è di per sé un'opera d'arte, che richiede un operatore esperto e un laser a fibra per ottenere flessibilità. I laser sono per lo più di tipo industriale e i sistemi laser non hanno parti mobili. Se si utilizza un laser MOPA (Master Oscillator Power Amplifier), si ottengono impulsi laser sintonizzabili e nessun invecchiamento dei cristalli come i laser Nd:YAG. La Figura 3 mostra un operatore che utilizza un laser a fibra per pulire la grafica.
Si potrebbe anche sottolineare che l'uso del laser per la pulizia della pietra è più salutare per l'ambiente perché il processo non produce tanto particolato quanto la sabbiatura. L'operatore dovrà ovviamente indossare occhiali protettivi dal laser.
