作成： 1996/10/11 栗原 正義
データ番号 ：040060
考古学及び美術品研究におけるイオンビーム分析の利用
目的 ：イオンビーム分析による考古学上の出土品及び美術品、特に絵画の解明
放射線の種別 ：エックス線,陽子
放射線源 ：AGLAE(National Electrostatics Corp.製,2MV 6SDH2 Pelletron タンデム加速器),JEOL 840 走査型顕微鏡
利用施設名 ：Louvre Museum,The Research Laboratory of the Museums of France(LRMF)
応用分野 ：微量分析,表面構造解析,年代測定
概要 ：
フランス博物館研究所(LRMF)設置のAGLAEを使用したIBAによる考古学上の出土品及び絵画の解明並びにIBAによる有史以前の火打石の使用磨耗特性の解明について述べる。XRFは博物館の定常分析法の一つであるが、PIXEとは互いに補完し合う分析法である。また、PIGMEあるいはRBS分析法もIBA分析として有用である。火打石の研磨面のIBA分析から得た知見は考古学上の解明に役立つものである。
詳細説明 ：
1.AGLAEによるIBA
ルーブル博物館内設置のLRMFは考古学や美術が対象とする作品の材料、制作過程や保存方法を研究する役割を果たしている。1960年迄、LRMFでは絵画を対象として赤外線反射とX線写真によって調べた。1984年に加速器システムAGLAEが稼動し、考古学と美術の分野でIBA利用が可能となった。LRMFは管理者、美術史家、考古学者らのグループと物理学者、化学者、計算科学者らのグループから構成される。博物館管理者らは解決すべき問題を定性的に示し、物理学者らは材料科学が用意する定量的情報を提供して問題解決を支える。元素の微量分析は対象物の起源、構造、歴史的、技術的、経済的問題に対し有意な答えを用意する。博物館物理学者の関心は対象物の確証と年代測定であり、ついで対象物の変化、緑青や腐蝕機構の研究を通じてよりよい保存方法を開発することである。
IBAでは、ビームが誘起する損傷の可能性はMeVーIBAを利用する時に覚えておかねばならない。損傷は加熱、イオン化、炭素堆積、気泡、誘導放射能等から生ずる。絵画材料の損傷に対する感度の順位は次ぎの通り。低／金属-セラミックス-ガラス-宝石-有機材料／高。熱が誘起する損傷を最小にする方法は、(1)肉眼で見えない一つのスポットにビームを細く絞って粒子の経路を平行にする、(2)電流密度を著しく下げてビームを拡げる、がある。
絵画は有機物と鉱物の混合物から構成されるものであり、絵を描く行為はIR,UV及びX線写真による検査を通して明らかにされるように種々の層の重ね合わせ(下塗り、印刷、スケッチ、絵具層、ワニス)である。絵画は全ての層の精密な層位学に基づく試料採取を通して説明できる。粒子の大きさ1〜10μmの絵具は焦点を合わせたビームで分析できる。
SEMで検査し、分析後、核的マイクロプローブによる元素分析は絵画の出所と確証に関連した糸口を与える。Le Nain(17世紀)の絵画から採取した白絵具の分析結果を報告している。PIXEは種々の層から成る絵画の本性を精密に定量するために有用であり、絵具の特性を知ることは画家の手法を理解することに通じ、元素分析にはガスクロマトグラフイーとFTIRを併用する。
AGLAEシステムとしてNEC製2MVタンデム加速器を選んだのは、14C年代測定と重同位元素の精密分析の開発されているAMSの取り付けを考慮したためである。
2.IBAによる火打石の特性分析
考古学では有史以前の石器利用の理解に関心があり、特に火打石工芸品にみられる使用磨滅を観察すれば火打石の利用と働きを確認できる。研磨面の無機物成分はSEMあるいはIBAと連結したエネルギー分散型X線分析によって同定した。加工した骨材、葦、種々の木材を含む現代の火打石について約20分間骨材で研磨した。研磨面の特性はSEMによって元素分布を求めた。
図1 RBS spectra of the flint with (＋) and without polish (□). The flint worked fresh bone during 20 min. The two spectra are obtained in the same conditions: 3.5MeV 4He;diameter of spot 0.5 mm; particle current 80nA; solid angle of detection 0.56 msr at 165°;beam dose 80μC. The simulation (-) obtained with RUMP assumes a first layer of 400nm composed of 80% apatite and 20% calcium carbonate; the polish area is estimated to 80% of the irradiated surface. The second layer is 1μm thick and the polish area is estimated at 10% of the irradiated surface.（原論文2より引用。 Reproduced from Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., B64(1992)488-493, M.Christensen, Ph.Walter, M.Menu: Usewear Characterization of Prehistoric Flints with IBA, Figure 2(Data source 2,pp.490), Copyright(1992), with permission from Elsevier Science NL, Amsterdam, The Netherlands.）
図1はRUMP(Rutherford Universal Manipulation Program)に適合した火打石を研磨しない場合と骨材研磨の場合のRBSスペクトルを示す。火打石表面に堆積するCaとPは400nmの厚さであり、リン灰石80%とカルシウム炭酸塩20%から作られている。200〜250チャンネルにみえるSiプラトー部分端部の移動は研磨面のSi欠除に相当し、SEMによる元素分布から確認される。
表1 Comparison on experimental tools of the analysis between the worked matter and the subsequent polish. (i) Qualitative PIXE measurments on the different materials are undertaken directly in air while 1 MeV protons bombared the bulk matter without any preparation. The most important trace elements are printed in italics. (ii) The polish which is developed at the surface of the flint is charaterised: (a)by SEM-EDS in order to indicate the elemental correlation in the microscopic structure: (b)by RBS for heavier trace elements and depth information(RBS conditions:same as in fig.3) （原論文2より引用。 Reproduced from Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., B64(1992)488-493, M.Christensen, Ph.Walter, M.Menu: Usewear Characterization of Prehistoric Flints with IBA, Table 1(Data source 2,pp.492), Copyright(1992), with permission from Elsevier Science NL, Amsterdam, The Netherlands.）
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Worked Polish Bulk matter
matter --------------------------- PIXE
SEM-EDS RBS
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Bone Ca,P Ca,P not analysed
Reed Si Si,Ca,S not analysed
Hazel Ca,P,K,Mg Ca,P Ca,P,K,S,CL
Birch Ca,K,S Ca,P,Zn,Fe Ca,K,P,S
Fir Ca,K,P,S,Cl Ca+K,Fe Ca,K,P,S,Cl
Osier Ca,P,K Ca,P,Zn,Fe,Pb Ca,P,K,S,Cl
Chalk Ca Ca not analysed
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表1は火打石を種々の物質で研磨した場合、RBS、電子線マイクロプローブを用いて研磨面に検出された種々の化学元素とPIXEで測定したバルク物質内の微量元素を示す。研磨材に含まれる微量鉱物と研磨層の化学的組成の間には満足のいく相互関係がみられる。種々のIBA分析技術は基本的、空間的、徹底的情報を提供し、研磨層形成の新たなモデルを与え、考古学分野で役立つことを立証している。
コメント ：
2篇ともルーブル博物館内にあるフランス博物館研究所に設置されたAGLAEを使用したイオンビーム分析の紹介である。一つは博物館としての分析、とくにIBAのあり方を述べ、もう一つは考古学上の火打石を模擬して現代の火打石を対象にその分析結果を解説している。1931年に設立され今日に至るLRMFにおける分析技術の歩みが語られており、IBAが博物館における分析技術として確立され、今後も着実に活用されていくだろうと理解した。最近新聞紙上で、加茂岩倉遺跡出土の銅鐸の解明にも科学的分析手法がクロ−ズアップされている。本邦の博物館等においても、加速器を含むイオンビ−ム分析の手法を整備し、考古学等の解明に役立てるべきであろう。
原論文１ Data source 1：
IBA in the Musium: Why Aglae
M.MENU
Laboratorie de Recherche des Musees de France, Palais du Louvre, 75041 Paris Cedex 01, France
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B45(1990)597-603.
原論文２ Data source 2：
Usewear characterization of prehistoric flints with IBA
M.Christensen, Ph.Walter, M.Menu
Laboratorie de Recherche des Musees de France, Palais du Louvre, 75041 Paris Cedex 1, France
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B64(1992)488-493.
キーワード：イオンビーム分析,ルーブル博物館,AGLAE,絵画,絵具,考古学,火打石,研磨
Ion Beam Analysis(IBA),Loubre Museum,Accelerateur Grand Louvre d'Analyse Elementaire,Painting,Pigment,Archaeology,Flint,Polish
分類コード：040405,040501