| 研究課題/領域番号 |
18H00753
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
小栗 慶之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90160829)
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| 研究分担者 |
長谷川 純 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90302984)
羽倉 尚人 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (00710419)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 陽子線励起X線放出 / 蛍光X線分析 / 文化財 / 放射線損傷 / 赤外分光分析 |
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| 研究実績の概要 |
文化財としての絵画の微量元素分析を想定し，絵具の基材としての膠を模擬したゼラチン試料を調整した．静電加速器からの2.5 MeV陽子線を金属標的に照射して得られる準単色X線，及びX線管からの連続X線をこれらの試料に照射後，照射による試料表面の化学結合状態の変化をFT-IR（フーリエ変換赤外分光分析）で測定し，目に見えないレベルの損傷が検出できるかどうか調べた．その結果，まず陽子線励起X線照射では線量が非常に低く，スペクトルに有意な変化は見られなかった．一方，X線管を用いた場合はFT-IRスペクトルに変化が見られたが，測定結果の再現性に乏しく，線量との相関が評価できなかった．次に実際に微量金属元素を含むゼラチン試料のPIXRF（陽子線励起蛍光X線分析）測定を行い，これらの元素の検出下限を評価するとともに，損傷に伴うFT-IRスペクトルの変化を検出することを試みた．その結果，微量元素の検出には成功したが，ここでも検出に十分な測定時間でもFT-IRスペクトルには有意な変化が見られなかった．そこで，数十時間程度までの長時間照射を行って変化の検出を試みたが，それでも明確な変化は確認できなかった．
上記の測定と並行して，微量元素分析に必要な高強度の一次単色X線を発生するため，イオン源，イオン源から加速器への入射系，加速器本体，ビーム輸送系・集束系に至る加速器システム全体の運転条件を最適化した．その結果，金属標的上で最大1マイクロアンペア程度までの陽子ビーム電流を得ることができた．
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| 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
高い線量率が得られるX線管を用いて長時間照射を行ってもFT-IRスペクトルに再現性のある変化が見られず，予定していた陽子線直接照射，すなわちPIXE分析法の場合との比較検討や，低線量高感度分析手法としての性能評価には至らなかった．
一方，イオン源，加速器への入射系，加速器本体，ビーム輸送系・集束系の運転条件最適化より一次陽子ビーム電流をある程度増加することはできたが，微量元素分析に必要な高強度の一次単色X線を発生するための目標である数マイクロアンペア程度までには達しなかった．
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| 今後の研究の推進方策 |
絵画等に用いられる青色顔料中の銅（Cu）の分析を念頭に，Cuを含むゼラチン（絵具基材の膠を模擬）試料の組成の一様化，表面の平滑化等の改善を行った後，これらのPIXRF測定を行い，Cuの検出下限の評価を試みる．測定対象であるCuのみを選択的に励起するため，CuのK吸収端（8.98 keV）よりわずかに高いエネルギーのKX線（9.87 keV）を発生するゲルマニウム（Ge）単体の標的を作製する．並行して陽子線照射で発生するGe-KX線を試料上に集束させるためのX線キャピラリーレンズや，試料から発生した二次X線を測定するためのCdTe半導体検出器の整備を行う．また並行してX線照射による損傷に伴うFT-IRスペクトルの変化を安定に再現性良く検出するために試料の支持・固定方法にも改良を行う．
一方，実試料の分析に必要な一次単色X線強度を達成するため，一次陽子ビーム源であるイオン源を含む加速器系全体の運転条件の最適化及び構成機器の改良を行う．特にイオン源については現有の横引き出し型冷陰極PIG負イオン源に対し，プラズマ閉じ込め磁場による不必要なイオンの偏向を補正磁場により修正してビーム出力を向上させる作業を行う．イオン引き出しギャップ直後でのビームエミッタンス測定も行い，ビーム電流に与える補正磁場の効果を確認する．
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