2022 Fiscal Year Annual Research Report
最新型AMS装置の高精度化による単年14Cスパイク年代決定法の研究
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20H01369
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
門叶 冬樹 山形大学, 理学部, 教授 (80323161)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮原 ひろ子 武蔵野美術大学, 造形学部, 教授 (00532681)
尾嵜 大真 東京大学, 総合研究博物館, 特任研究員 (20399265)
白石 哲也 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 准教授 (60825321)
三宅 芙沙 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (90738569)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 加速器質量分析装置 / 年代測定 / 半導体検出器 / 14Cスパイク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、太陽活動や太陽圏環境の変動の他、天体現象にともなうと考えられる突発的な宇宙線増加現象が、14C濃度の異常上昇（14Cスパイク）として過去に度々発生していたことが明らかになりつつある。日本で発見された14Cスパイクを用いた新しい年代測定法を世界に先駆けて確立するために、樹木単年輪中の14C濃度を高精度に分析するための研究開発を開始した。本年度は、山形大学の最新型コンパクトAMSシステム（NEC社製 0.5MV-1.5SDH）を用いて、十分な統計精度と低い系統誤差による14C濃度分析を目標に、以下の開発研究を行った。
まず、加速器システムの電圧安定性を調べるために、2018年1月から2022年3月までのGVM (Generating Voltage Meter) 値、CPS (Charging Power Supply) 電圧および印加電流の値を比較した。GVM値は2018年1月から435 kVに保持しており、その時のCPS電圧は約19 kV、印加電流は約44 μAで推移した。直近の5年間でタンクオープンを1度しかしていないが、加速器は安定に動作することがわかった。
続いて、コンパクトAMS用に開発した64チャンネルの電極を持つシリコン半導体の不感層の厚み、エネルギー分解能、そして位置分解能を専用に開発したα線源スキャン装置を用いて調べた。そして、ＡＭＳ装置の焦点面に設置して、試料が装填されたカソード位置（最大40個）に対する14濃度の位置依存性および測定回数に対する変動を調べた。開発した64チャンネルの電極を持つシリコン半導体検出器が、位置有感型放射線検出器としてAMSシステムの焦点面検出器に応用できることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試料中の14C濃度を高精度に分析するための研究開発は、順調に進展している。今年度は、AMS焦点面に設置するために開発した位置有感型放射線検出器の不感層を評価するための特性試験を行った。具体的には、64チャンネルの電極を持つシリコン半導体検出器に241Amからのα線を自動で０度と45度の方向からスキャンし、入射角の違いによるエネルギーピークの差から不感層を評価した。また、モンテカルロシミュレーションコードPHITSを用いた比較を行い、その結果を比較することで各ピクセルの不感層厚を求めた。以上の開発研究から、開発したピクセル型半導体検出器について、不感層については約100nm、エネルギー分解能は25keVを達成することができた。
国産樹木単年輪中からの14Cスパイク検出の研究については、青森県下北半島から採取されたアスナロ試料を用いてAMS測定を行った。現在、解析を進めており、１４Ｃスパイクイベントの探索を行っている。また、14Cスパイク年代測定方法の文化財試料への応用研究については、唐古・鍵遺跡から出土した炭化物試料について、AMS測定を行い、解析を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
コンパクトAMS用に開発した64チャンネルの電極を持つシリコン半導体を、同型のコンパクトAMSを保有するラボに設置し、カソード位置に対する14濃度の位置依存性および測定回数に対する変動を調べ、十分な統計精度（～0.1%）と低い系統誤差（～0.05%以下）による0.15%精度の14C分析を目標に開発研究を行う。
国産樹木単年輪中からの14Cスパイク検出の研究については、天童若松寺１０００年杉を対象に樹木単年輪試料を選別し、薄膜状化と化学処理により汚染除去を行った後、塩素漂白、濃アルカリ処理によってα-セルロースを抽出する。そして、山形大学総合研究所に設置した自動グラファイト作製システムでグラファイト化を行い、14Cスパイクの探査と太陽活動のシュワベサイクルとの関係について研究を行う。
また、14Cスパイク年代測定方法の文化財試料への応用研究については、大阪の馬場川遺跡から出土した木材についてAMSを用いた14C濃度測定を行う。以上の成果をまとめ、学会および論文として発表する。
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