2022 Fiscal Year Research-status Report
Can we predict the corrosion of archaeological iron artifacts in the stone chamber of the tumulus? – Establishment of evaluation method for in-situ preservation using numerical analysis
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21K00998
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| Research Institution | Nara National Research Institute for Cultural Properties |
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Principal Investigator |
柳田 明進 独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所, 埋蔵文化財センター, 主任研究員 (30733795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椋 大輔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60283868)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 出土鉄製文化財 / 古墳 / 現地保存 / 腐食 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は石室での出土鉄製文化財の腐食をモデル化し、石室内の物理環境を外界条件として石室内の鉄製文化財の腐食を数値計算により予測する技術を開発することである。本研究により、科学的なエビデンスに基づいた古墳石室内での鉄製文化財の現地保存の可否を判断することが可能になると期待される。二年目にあたる令和4年度は(1)鉄製文化財の腐食モデルの検討および数値解析結果の妥当性の評価、(2)不飽和土での腐食を再現したカラム実験、(3)古墳出土鉄製文化財の腐食層の構造・組成に関する情報の蓄積、および水分特性に関する物性を取得した。以下、これらの項目から得られた研究の成果を示す。
(1)：水分飽和土が乾燥する過程での腐食速度の変化を実測した室内実験の結果をモデル化し、数値計算に腐食速度の変化を再現した。今年度は新たに、鉄の界面における濡れ面積の算出方法などを改善し、実測値により近い挙動を再現できるようになった。
(2)：界面の濡れ面積や溶出した鉄イオンの腐食生成物としての形成状況が腐食のモデル化を行うには不可欠であるため、この現象を把握するためのカラム実験に着手した。水分不飽和の定常状態を再現し、その状況下での分極抵抗をモニタリングするとともに、土中の酸化鉄の沈殿状況をμフォーカスX線CTで分析できる実験システムを構築した。
(3)：国内の古墳から出土した鉄製文化財を対象として、高エネルギーX線CTを用いて鉄製文化財を撮像し、腐食層厚さを画像解析により算出した。腐食層片のクロスセクションを作成し、腐食層の構造と組成を把握した。また、腐食の組成、構造および腐食層の水分の移動特性を把握するため、平衡含水率曲線、透水係数、透湿係数の取得を開始した。
得られた成果の一部については、国際学会（ICOM-CC-Metal 2022）において、proceedingsを発表するとともに、口頭発表をおこなった。
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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
令和４年度に実施した内容は、(1)室内実験結果の腐食モデルの改良および数値解析結果の妥当性の評価、(2)不飽和土における腐食実験、(3)古墳出土鉄製文化財の腐食層の構造・組成に関する情報の蓄積、および腐食層の水分移動に関する物性の取得、である。以下、それぞれの進捗状況を記載する。
(1)：土中の水分が不飽和な状態での含水率と鉄の界面での濡れ面積について再検討し、腐食反応に対して腐食層中のγ-FeOOHの還元による影響を考慮したモデルの作成に着手した。室内実験結果の再現はおおむねできており、さらにこれらのモデルを拡張して、模擬古墳での腐食速度の変化を再現する予定である。
(２)：土中の水分が飽和から不飽和に変化した際の、鉄の濡れ面積、鉄イオンの土中での拡散を測定するための実験装置を新たに作成した。低含水領域での腐食実験については、実験環境の調整に時間を有したため、この実験については令和5年度も引き続き継続する予定である。
(３)：国内の異なる2箇所の古墳から出土した鉄製文化財およびその腐食層片を調査対象として、X線CTによる鉄製文化財の腐食層厚さの算出、腐食層片のクロスセクションを作成し、腐食層の構造と腐食組成を顕微鏡観察、XRDにより把握した。また、腐食層片に透水係数、湿気伝導率、平衡含水率の物性を取得するために、実測および空隙分布からの理論計算によって物性の取得を進めている。これらの結果をもとに、腐食層の影響を考慮した鉄製文化財の腐食モデルを作成する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、腐食実験、腐食層の物性取得を継続するとともに、古墳石室内での腐食モデルを提示し、その腐食を数値解析によって再現する。さらに、このモデルを用いて、外界の物理環境が変化した際の鉄製文化財の腐食速度の変化を定量的に示すすことで、古墳での鉄製文化財の現地保存法を検討する。
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| Causes of Carryover |
出土鉄製文化財の資料提供の手続きが当初の想定より時間がかかり、μフォーカスX線CTやガス吸着などの委託分析を当初予定の点数まで実施できなかったため、次年度使用額が生じた。すでにμフォーカスX線CT、ガス吸着に供する分析資料の準備、調整はできており、令和5年度は早急にこれらの受託分析を実施し、次年度に繰り越した予算を執行する予定である。
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