Provenance study of excavated amber by inelastic neutron scattering.

通过非弹性中子散射对挖掘出的琥珀进行来源研究。

• 批准号: 22H00733
• 负责人: 山口 繁生
• 金额: $ 10.57万
• 依托单位: Gangoji Institute for Research of Cultural Property
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00733/
• 关键词: 中性子; 中性子非弾性散乱; 産地推定; 琥珀; 出土琥珀; ボソンピーク

本研究は琥珀の新たな産地推定法を確立することを目的とした研究である。これまでにも、赤外分光分析（FT-IR）や熱分析などによる出土琥珀の産地推定が行われてきた。しかし、劣化している資料の産地推定は難しく、資料によっては産地推定を行うことが困難な資料もあった。そこで本研究では、中性子非弾性散乱法による琥珀の産地推定を試みる。中性子非弾性散乱法には、FT-IRなどの局所的な分子振動の計測と比べ多数の原子・分子の集団的な動きを捉えることができるため、アモルファス物質の圧縮状態（密度）を反映した分子の運動状態を鋭敏かつ定量的に分析できるという特徴がある。本年度は、産地推定において標準試料とする各琥珀産地の現代琥珀を用いて中性子非弾性散乱実験を行った。実験には、原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3に設置された、高分解能パルス冷中性子分光器「AGNES」を用い、5, 100, 300Kの3つの温度条件で行った。得られたデータのうち、100Kの中性子非弾性散乱スペクトルの低エネルギー領域（~1-2meV）においてボソンピークが観測され、そのピーク位置が琥珀産地によって異なっていることが確認された。ボソンピークは非晶質物質の非弾性散乱スペクトルの数meVの領域において観察される低エネルギー励起である。その起源については今なお議論がなされているが、試料の物質密度によってそのピーク形状が変化すると考えられている。一方、琥珀は古代の樹脂中のテルペン類が、地中の高圧・高温環境下で重合し化石化したものであり、産地毎で起源植物や地質年代が異なる。よって、それらの違いによって生じる密度差がボソンピーク位置の違いとして観察された可能性が考えられた。ただし、既知の地質年代とピーク位置との間に相関は見られず、ピーク位置に影響を及ぼす要因については今後研究を行っていく必要がある。

这项研究旨在建立一种估计琥珀生产区域的新方法。以前，已经使用红外光谱（FT-IR）和热分析估算了推断出的琥珀发掘的生产区域。但是，很难估算降级材料的起源，并且某些文件可能很难估计材料的起源。因此，在这项研究中，我们尝试使用中子非弹性散射方法来估计琥珀的起源。与局部分子振动测量值相比，中子非弹性散射方法的特征是能够捕获大量原子和分子的集体运动，例如FT-IR，从而允许对反映不形成物质的压缩状态（密度）的分子运动状态进行急性和定量分析。今年，我们使用每个琥珀生产区域的现代琥珀进行了中子非弹性散射实验，这是生产面积估计的标准样本。实验是使用日本核研发研究与开发研究反应器JRR-3的高分辨率脉冲中子光谱仪“ AGNES”进行的，在三个温度条件下：5、100、300K。在获得的数据中，在中子非弹性散射光谱的低能区域（〜1-2 MeV）中观察到玻色子峰，并确认峰位置取决于琥珀产量的不同。玻色子峰是在无定形材料的几种弹性散射光谱的区域中观察到的低能激发。尽管其起源仍在讨论中，但人们认为其峰形状会根据样品的材料密度而变化。另一方面，琥珀是在地面高压和高温环境下聚合的古代树脂中化石植物的化石植物，其原产地不同的植物和地质年龄取决于起源区域。因此，认为这些差异引起的密度差异被认为是玻色子峰位置的差异。但是，在已知的地质年龄和峰位置之间没有发现相关性，并且未来需要研究影响峰位置的因素。