2015 Fiscal Year Annual Research Report
パルス中性子及び高エネルギーX線を用いた鉄鋼文化財の非破壊分析手法の確立
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26702004
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| Research Institution | Tokyo National University of Fine Arts and Music |
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Principal Investigator |
田中 眞奈子 東京藝術大学, 学内共同利用施設等, 講師 (70616375)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非破壊分析 / 鉄鋼文化財 / パルス中性子 / 高エネルギーX線 / 放射光 / 製作技法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、Ｘ線と異なる特性を持つ中性子を用いて鉄鋼文化財を分析し、結果の総合的解析により材質や内部構造を解明すること、そして最終的には鉄鋼文化財の非破壊分析手法を確立することを目的としている。平成27年度も「研究実施計画」通りに研究を進め、以下のような大変意義のある成果を得た。
（１）JISに規定される炭素量の異なる４つの鉄鋼標準試料のX線と中性子による非破壊分析を実施した。中性子を用いた分析により、炭素量の増加に伴いセメンタイトのブラッグエッジが増大することが確認された。格子面間隔の解析を通して、鍛造品(S25C、S50C、SK3）と鋳造品（FC350）ではαFeの格子定数aに違いがあることが明らかになった。格子定数aが鍛造品と鋳造品の非破壊判別の指標として使える可能性があることが判明した。（２）鉄鋼文化財の製造・加工の結晶組織への影響を非破壊で検証するため、日本刀の各製造工程を再現した10試料を分析した。中性子を用いたブラッグエッジ解析により、加工による結晶配向、結晶子サイズなどの結晶組織構造の具体的な変化を非破壊で確認することが出来た。今後、それらの値の定量化に取り組んでいく予定である。（３）上記結果を踏まえ、実際の鉄鋼文化財（火縄銃断面試料や和釘など）の非破壊分析を行った。X線CTでは鉄内部の非金属介在物の配列が、中性子CTでは鉄内部の結晶相の違いが確認され、X線と中性子の相補利用の有効性を確認することが出来た。中性子を用いたブラッグエッジ解析を通して、分析方向（試料の向き）により結晶組織情報が異なることも明らかになった。（４）上記非破壊分析結果と、破壊による組織観察結果の比較・検証を行い、今後鉄鋼文化財を体系的に測定していくための基礎データの蓄積に努めた。（５）本年度の成果は、計13件の国際・国内などでの発表（うち2件が招待講演）を通して積極的に公表した。
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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
J-PARCの中性子源冷却水系の不具合により2014B期で採択されていた実験が2015年度に延期になり、その影響で2015年B期の課題募集が中止になるなど予想外の出来事があったが、J-PARCでの2回の実験に集中して取り組み、多くの意義のある実験データを得ることが出来た。また、J-PARCや共同研究者からの実験・解析の面での人員のサポートもあったため、短期間でまとまった成果を得ることが出来た。SPring-8や岐阜県工業技術研究所でのX線を用いた分析も大変順調に展開した。本年度の研究を通して、中性子とX線は相補性が高く、鉄鋼文化財の非破壊分析に非常に有効であることを確認することが出来た。中でもパルス中性子イメージングを通して、結晶面間隔、結晶配向、結晶子サイズ、歪に加えて、セメンタイト量や鉄に含まれる不純物も同定可能であることや、それらから鉄鋼文化財の材料特性や製造技術も推定出来ることを確認した。これまでに得られた炭素量の異なる鉄鋼標準試料や、日本刀の製造過程を再現した試料の分析結果は、火縄銃、釘、日本刀、鉄鏡などの鉄鋼文化財を体系的に非破壊で分析していくにあたり基礎データとなるものであり、今後に向け意義のある成果を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度も、当初の計画に沿って以下の通り研究を推進していく予定である。
(1)平成27年度に引き続き、中性子分析技術を用いた非破壊での鉄鋼材料のセメンタイト量の定量化に取り組む。また、鉄鋼文化財を非破壊で分析する際の指標となる日本刀の各製造工程を再現した10試料の中性子とX線を用いた非破壊での更なる解析も進める。同試料の破壊分析による組織観察も実施し、これまで中性子とX線による非破壊分析によって得られたデータとの比較・検証、基礎データの蓄積を行う。
(2)鍛造で製造されたと考えれる鉄鋼文化財（釘、火縄銃、日本刀）や、鋳造で製造されたと考えらえる鉄鋼文化財（鏡、砲弾など）の中性子施設J-PARCなどでのパルス中性子イメージング実験と中性子CT実験、岐阜県工業技術研究所や大型放射光施設SPring-8での高エネルギーX線CT撮影に取り組む(J-PARCとSPring-8の2016A期課題として採択済み。2016B期も課題申請予定）。特定の地域や時代に製造された鉄鋼文化財（美濃の日本刀など）の分析など、体系的な非破壊分析も開始する予定である。
(3)(1)と(2)の分析結果の比較・検証および(2)の中性子とX線の分析結果の総合的解析に取り組む。
(4)研究成果の積極的な発表を行う。具体的には、「鉄と鋼」、「ISIJ International」、「Journal of Archaeological Science」などへの論文投稿や、国際会議「Synchrotron Radiation and Neutrons in Art and Archaeology」、日本鉄鋼協会大会、日本文化財科学会大会などでの成果の口頭発表を行う。
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| Causes of Carryover |
試料を分析するための備品購入費（物品費）については、昨年購入したものを継続利用したり、出来るだけ大学や実験施設などに常備されている備品を用いるよう工夫したため、当初計画より経費の節約が出来た。
また、実験補助のための人件費についても、実験施設（J-PARC)の方で実験補助のための人員を配置してくれたため、節減することが出来た。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度以降の鉄鋼文化財の分析にあたり今年度節約した備品購入費（物品費）や人件費を用いる予定である。また大型放射光施設SPring-8の2016B期に2課題申請することで、平成27年度に発生した次年度使用額を、更なる研究の発展のために有効利用する計画である。
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