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。

本研究旨在建立一种估计琥珀产地的新方法。到目前为止，红外光谱 (FT-IR) 和热分析已被用来估计出土琥珀的来源。然而，很难估计变质材料的来源，并且对于某些材料来说，很难估计其来源。因此，在本研究中，我们将尝试使用中子非弹性散射方法来估计琥珀的起源。与FT-IR等局部分子振动测量相比，非弹性中子散射可以捕捉大量原子和分子的集体运动，其特点是能够灵敏、定量地分析分子的运动状态。今年，我们利用各个琥珀产区的现代琥珀进行了非弹性中子散射实验，并将其作为估算产区的标准样本。该实验使用安装在日本原子能机构研究堆JRR-3中的高分辨率脉冲冷中子能谱仪“AGNES”，在5、100和300K三种温度条件下进行。在获得的数据中，在100K中子非弹性散射光谱的低能量区域(~1-2meV)观察到玻色子峰，并且确认峰位置根据琥珀产地而不同。玻色子峰是在非晶材料的非弹性散射光谱的几个meV区域中观察到的低能激发。尽管其起源仍有争议，但据信峰形状会根据样品的材料密度而变化。另一方面，琥珀是由古代树脂中的萜烯在地下高压高温环境下聚合而成的化石，其起源的植物和地质时期因产地而异。因此，由这些差异引起的密度差异可能被观察为玻色子峰值位置的差异。然而，已知的地质年龄和峰值位置之间没有相关性，需要进一步的研究来探讨影响峰值位置的因素。