Status report of JAEA-AMS-TONO; Research and technical development in the last four years

國分 陽子; 藤田 奈津子; 渡邊 隆広; 松原 章浩; 石坂 千佳; 三宅 正恭*; 西尾 智博*; 加藤 元久*; 小川 由美*; 石井 正博*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 539, p.68 - 72, 2023/06

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2023.03.005

本発表では、東濃地科学センターJAEA-AMS-TONOで行っている加速器質量分析に関わるここ4年間の研究技術開発について紹介する。5MVの加速器を有する加速器質量分析装置(AMS)では、炭素-14、ベリリウム-10、アルミニウム-26、ヨウ素-129の地質試料の年代測定等に関する測定に加え、塩素-36の測定技術整備を行っている。また、測定の需要の高まりに伴い、300kMの加速器を有するAMSを2020年に導入した。また、試料調製法や同重体分離技術の開発も行っており、微量試料での試料調製法の開発や、イオンチャネリングによる同重体分別技術の開発やその技術を用いた超小型AMSの開発も行っている。

JAEA-AMS-TONOの現状(2021年度)

松原 章浩*; 藤田 奈津子; 三宅 正恭; 石井 正博*; 渡邊 隆広; 國分 陽子; 西尾 智博*; 小川 由美; 神野 智史; 木村 健二; et al.

JAEA-Conf 2022-002, p.55 - 62, 2023/03

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2022-002

JAEA-AMS-TONO-5MVでは、2021年度末までに測定個数28912個、測定時間20478時間となった。同装置では2021年7月に複数の機器でバリスタが破損し、その原因究明、対策、復旧のため、運用はそれ以降停止している。バリスタ破損の事象は表1に示すように二度あり、一度目は2個、二度目は3個のバリスタが同時に破損した。一度目の破損の原因については、経年劣化によりバリスタ電圧が低下したバリスタにおいて地絡が発生し、これが起因となり他の劣化したバリスタが破損したと推測される。二度目の原因は、一度目でダメージを被ったバリスタ(表1の*印の機器に搭載)が通電の際に地絡し、他の劣化したバリスタの破損に繋がったと推測される。安全対策の一つとして、破損したバリスタと同型式のバリスタの他の機器での有無を調査し、該当するものは新しいバリスタに取り換える処置を行った。復旧は順次進めており、依頼測定の再開は2022年度の中頃を予定している。

塩素-36年代測定における同重体干渉抑制のためのイオンファネル反応セルの開発

神野 智史; 藤田 奈津子; 田沼 肇*

第23回AMSシンポジウム報告集, p.89 - 92, 2022/12

AMSにおいて、塩水系の地下水の年代測定に重要な塩素-36(Cl)測定は妨害核種となる硫黄-36(S)の影響により他の核種よりも測定が困難である。一般にClとSを分離するには、6MV以上の加速電圧が必要となる。そこで本研究は、イオンファネルを用いた反応セルを開発し、JAEA-AMS-TONO-5MVの低エネルギー側に組み込むことで目的核種のClの妨害核種となるSを選択的に抑制することを目的とする。

A Safer preprocessing system for analyzing dissolved organic radiocarbon in seawater

乙坂 重嘉*; Jeon, H.*; Hou, Y.*; 渡邊 隆広; 阿瀬 貴博*; 宮入 陽介*; 横山 祐典*; 小川 浩史*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 527, p.1 - 6, 2022/09

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2022.07.003

海水中の溶存有機物の放射性炭素(DOC)の測定により、海洋における溶存有機物の動態の時間スケールや供給源に関する情報を効果的に得ることが期待されている。しかしながら、海水中のDOC濃度は低く、近年の加速器質量分析の高性能化を考慮しても、その分析には比較的多量の海水(1L)を要する。また、高熱を発する紫外線照射などの複雑な試料処理が必要となる。本研究では、既往の紫外線処理法よりも安全で簡便な海水中DOCを分析する方法を開発した。特に重要な変更点は、分解システムに低圧水銀ランプを採用した点で、これによって反応時の試料温度を水試料の沸点より低温に抑えることができ、安全に処理することが可能となった。加えて本研究では、可溶性の有機物標準試料と塩化ナトリウムからなる模擬海水を用いることで、このシステムを用いたDOC分析の確度の評価方法を提案する。本法は、炭素同位体比分析だけでなく、さまざまな溶存有機態の微量元素や同位体の分析にも適用されることが期待される。

JAEA-AMS-TONO及びJAEA-AMS-MUTSU間での炭素同位体標準試料測定の比較試験結果

國分 陽子; 松原 章浩; 藤田 奈津子; 桑原 潤; 木下 尚喜

JAEA-Technology 2021-028, 33 Pages, 2022/02

JAEA-Technology-2021-028.pdf:2.18MB

日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)では、東濃地科学センターと青森研究開発センターに、それぞれJAEA-AMS-TONO及びJAEA-AMS-MUTSU(以下、それぞれTONO及びMUTSU)という二つの加速器質量分析施設がある。本書では、TONO及びMUTSUで共通した測定技術である炭素同位体測定について、両施設の特徴を紹介するとともに、炭素同位体比標準試料を測定した比較試験の結果を報告する。両施設とも、原子力機構内による内部利用のほか、原子力機構の施設供用利用制度により大学や他の研究機関等による外部利用が行われている。近年、加速器質量分析装置(Accelerator Mass Spectrometer 以下、AMS)による炭素同位体測定の需要の拡大に伴い、両施設を併用する、あるいは将来的に併用を検討するという動向が見られる。しかしながら、両施設には、メーカー、装置駆動方式が異なるAMSが設置されている。両施設のAMSは、特に加速器へのイオン入射方式が異なることから、バックグラウンドの低さなど、測定性能に差がある。また、解析法も両施設の主な研究分野に合わせた方法が使われている。そのため、一つの研究課題で両施設を利用する場合には、その施設の特徴をよく理解し、利点を生かした使い分けや解析法の統一が必要となる。本書は、両施設をこれから使用する人が検討する際の参考として、両施設の装置、試料調製法、解析方法、比較試験結果に基づいた測定性能などを取りまとめたものである。

島原半島北部の唐比低地における湿地堆積物の形成過程

中西 利典*; 奥野 充*; 山崎 圭二*; Hong, W.*; 藤田 奈津子; 中村 俊夫*; 堀川 義之*; 佐藤 鋭一*; 木村 治夫*; 堤 浩之*

名古屋大学年代測定研究,5, p.38 - 43, 2021/03

雲仙火山の約13km西方にある唐比低地には泥炭層や泥層からなる湿地堆積物が厚く分布しており、それらの堆積物には千々石断層や雲仙火山の活動履歴が記録されていることが期待される。それらの履歴を精度よく検知するために、複数本のボーリングコアを掘削して放射性炭素年代値を測定した。それらの結果を地中レーダ探査断面と対比して湿地堆積物の形成過程を検討した。その結果得られたすべてのC年代値は層序関係と矛盾がなく、堆積曲線は若干のずれが認められるが概ね一致する結果となった。本研究の年代測定の一部はペレトロン年代測定装置による施設供用利用で行われたものである。

Preliminary report on small-mass graphitization for radiocarbon dating using EA-AGE3 at JAEA-AMS-TONO

渡邊 隆広; 藤田 奈津子; 松原 章浩; 三宅 正恭*; 西尾 智博*; 石坂 千佳; 國分 陽子

Geochemical Journal, 55(4), p.277 - 281, 2021/00

https://doi.org/10.2343/geochemj.2.0629

地質試料の放射性炭素年代測定等において加速器質量分析法(AMS)は広く使用されている。しかし、年代測定に必要となる堆積層中の植物片等の試料量は限られており、微少量での年代測定手法の開発が重要である。日本原子力研究開発機構東濃地科学センターのJAEA-AMS-TONOでは、試料前処理用の自動グラファイト調製装置(IonPlus社製AGE3: Automated Graphitization Equipment 3)を導入し、既存の元素分析装置(Elementar社製EA: Elemental Analyzer)と接続することで、EA-AGE3として使用し、装置の最適化とともに放射性炭素年代測定の前処理手法の改善を継続して進めている。本研究では、炭素量0.1mgから0.05mgでの微少量試料の放射性炭素年代測定を目的として、EA-AGE3装置を用いた試料前処理手法の最適条件を検討した。分析条件の検討として、試料前処理に使用する銀箔のベーキングによる炭素汚染の減少と反応触媒となる鉄粉量の調整を実施した。分析条件の最適化をした後に、放射性炭素年代測定の国際標準物質として使用されているNIST-SRM4990C, IAEA-C1, C4, C5, C7等の放射性炭素濃度測定を実施した。得られた結果は、標準試料の放射性炭素濃度の合意値と概ね2の範囲で一致した。したがって、本手法による少量試料での年代測定が可能であることが示された。

Formation and mobility of soil organic carbon in a buried humic horizon of a volcanic ash soil

Wijesinghe, J. N.*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 國分 陽子; 山口 紀子*; 佐瀬 隆*; 細野 衛*; 井上 弦*; 森 裕樹*; 平舘 俊太郎*

Geoderma, 374, p.114417_1 - 114417_10, 2020/09

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114417

Volcanic ash soils store a large amount of carbon as soil organic carbon (SOC) for a long term. However, the mechanisms of SOC accumulation in such soils remain unexplained. In the present study, we focused on SOC in a buried humic horizon of a volcanic ash soil, which formed between 5400 and 6800 yr BP. SOC was fractionated using a chemical fractionation method and the separated SOC fractions were characterized by C age, stable isotopic ratios of carbon and nitrogen, and chemical structure. Results showed that the SOC fractions differ in the degrees of biological transformation and mobility. However, generally the low mobility of all of the SOC fractions suggests that successive up-building accumulation of SOC contributes to the formation of thick humic horizon in the soil.

加速器質量分析装置の小型化に向けたイオンチャネリングの応用

松原 章浩*; 藤田 奈津子; 石井 邦和*; 木村 健二*

放射線(インターネット), 45(3), p.134 - 138, 2020/04

イオンチャネリングは、結晶の空隙をイオンが進行し、大角散乱等の核的相互作用の確率が著しく低下する現象である。一般的にイオンチャネリングの応用として、イオンビーム分析での結晶性評価が知られる。われわれはチャネリングを加速器質量分析(AMS)の要素技術に応用することを提案している。AMS要素技術へのチャネリングの応用としては、ディグレーダーとストリッパーである。いずれも、イオンビームをガスあるいは薄膜に入射した際のイオンと物質の相互作用を基にしたものである。イオンチャネリングによるこれらの応用は、AMSを小型化することを可能にする。

Radiocarbon dating of a shrine pavilion and offerings at Abushina shrine in Gifu prefecture, Japan

國分 陽子; 西尾 智博; 藤田 奈津子; 松原 章浩

Proceedings of the 8th East Asia Accelerator Mass Spectrometry Symposium and the 22nd Japan Accelerator Mass Spectrometry symposium (EA-AMS 8 & JAMS-22), p.91 - 93, 2020/00

岐阜県の阿夫志奈神社の社殿及び奉納物の放射性炭素年代測定をJAEA-AMS-TONOで行った。試料は、社殿及び奉納物である獅子頭2体、寄付名板及び版木から採取した木材である。社殿木材の年代は、江戸時代以降という結果となり、神社に残されていた記録よりも新しく、新たに改築を行っていたことが分かった。また、獅子頭は、作製年代の記録と矛盾のない結果であった。一方、寄付名板は、奉納時期よりも新しい年代結果となり、奉納時に作られたものでないことが分かった。また、版木は、江戸時代以降に使われていたものであることが分かった。