2016 年度実施状況報告書

文化財の形状によらず実施可能な波長分散型蛍光X線による元素分析に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号	16K01183
研究機関	函館工業高等専門学校
研究代表者	小林淳哉函館工業高等専門学校, 物質環境工学科, 教授 (30205463)
研究分担者	山田誠函館工業高等専門学校, 生産システム工学科, 教授 (20210479) 中村和之函館工業高等専門学校, 一般人文系, 教授 (80342434)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	出土遺物 / 元素分析 / X線遮蔽 / 凹凸補正
研究実績の概要	波長分散型蛍光Ｘ線分析装置は、非破壊での高精度の元素分析装置であるが、試料の分析面は平滑である必要がある。このため文化財などの非破壊分析に用いられるが、凹凸のある対象物には向かない。本研究は、遺物や宝物の凹凸などの形状によらず、波長分散型蛍光X線分析装置で測定を可能にするため、『試料を平面補正するためのアタッチメント』を文化財研究者の誰もが作製できるようになるための方法を提案することが目的である。このため、平成28年度は凹凸のある遺物として古銭を対象に、古銭の微小な平滑面のみを露出させ、他を覆う（マスクする）アタッチメントを作成し、分析の有効性を検証することを目的とした。古銭から平滑面をできるだけ大面積で確保するため、3Dスキャナーで古銭形状を0.01μmの分解能で画像データ化した。ここから平滑面のみ露出させ、他をマスクするアタッチメントを3Dプリンターで作成した。この3Dスキャナーによる画像化→3Dプリンターによる加工の一連の流れを構築できた。このマスクを用いて、永楽通宝の表面分析を行った。古銭は銅、スズ、鉛を主成分としているが、マスクされた面からの元素のピーク強度は露出面に比べ低下したが、完全に遮蔽はできていないことも明らかになった。古銭の場合、凹凸差が500μm程度であり、これがマスクの厚みになるが、マスク素材がABS樹脂の場合、今回の照射X線強度とマスクの厚みの場合、X線が透過してしまうことが明らかになった。そこで、マスクに原子番号の大きい金や白金などの元素をコーティング（あるいはメッキ）し、X線に対する遮蔽効果を確認する。また同時に、マスク厚みを十分に持たせられるような分析対象物（すなわち金属コーティングでの厚みを十分に確保できることを意味する）でマスクの効果を確認する予定である。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由 3Dデジタイザーでの画像化は予定通り進めることができたが、そのデータをもとにした3Dプリンターでの成型物は薄く、強度が十分ではないので造形に困難を伴った。このため、樹脂原料をいくつか試行錯誤し、結局ABS樹脂に決定するまで時間を要した。その後、古銭での最適な平滑面をピックアップするための試行錯誤の実験を行うことができたが、結局樹脂によるX線吸収効果を把握することが遅れ、古銭の凹凸による元素分析値の分析幅（分析精度）を把握する実験に時間を要することとなった。この実験後、凹凸が小さな分析対象には、マスクに対して金属をメッキ（コーティング）するなど、X線を遮蔽することが必要性であることを明らかにできたが、このメッキ厚さなど確認するための実験は行うことができなかった。
今後の研究の推進方策	X線遮蔽の性質が大きい金や白金などでマスク表面をメッキ（コーティング）し、なおかつこの金属の厚さをコントロールして、金属のX線遮蔽効果を定量的に明確化する。このデータをもとに、昨年度作成した古銭用のマスクを膜厚を変えながら金属メッキし、古銭の分析データを測定する。この測定データを、マスクを用いない場合や、古銭を研磨して平滑にした場合のデータと比較することで、マスクを用いた分析の有効性を示すことが可能になる。研究計画では、このマスクに対する金属メッキは想定していなかったので計画に盛り込むが、この測定は数週間で終了するので、全体計画に与える時間的な影響はほとんどないと考えている。
次年度使用額が生じた理由	研究打ち合わせに予定した出張をしなかったことが理由の一つである。これは一回の研究打ち合わせに関する出張に、意見交換を予定していた他の研究者も集まることができたため、その分の出張が不要となったからである。さらに3Dスキャナ購入に予定していた予算額よりも、同機能で低価格のものが販売され、それを購入することができたことも理由である。
次年度使用額の使用計画	当初の実験計画に沿って実験を行う中で、金属メッキ、金属コーティングの必要性が明らかになっているので、金箔や白金箔などの購入費用にあてることになる。また、3Dプリンターによる試作が増えることが確実であるので、そのプラスチック原料の購入費用として使用する。