Jun-ichiro Ishibashi

Marin Yamamoto

Shin Toyoda

イシバシ ジュンイチロウ

トヨダ シン

ヤマモト マリン

山本 まりん

石橋 純一郎

豊田 新

豊田, 新

トヨダ, シン

Toyoda, Shin

山本, まりん

ヤマモト, マリン

Yamamoto, Marin

石橋, 純一郎

イシバシ, ジュンイチロウ

Ishibashi, Jun-ichiro

AROUS Academic Repository of Okayama University of Science / 岡山理科大学学術リポジトリ

43  重晶石のプレドーズ効果と ES R 年代測定への影響   豊田 新・山本まりん ＊・石橋純一郎 ＊ ＊                           岡 山 理 科 大 学 古 生 物 学 ・ 年 代 学 研 究 セ ン タ ー                          * 岡 山 理 科 大 学 大 学 理 学 部 応 用 物 理 学 科                        * * 神 戸 大 学 海 洋 底 探 査 セ ン タ ー     １． は じ め に   海 底 の 熱 水 域 で 生 成 する 重 晶 石  ( B a S O 4 )  は、 E S R （ 電子 ス ピ ン 共 鳴 ） を 用 い て 実 用 的に年 代 測 定 が 行 え る こ とが 示 さ れ 1 ) 、 沖縄 や 小 笠原 の海 底 熱 水域 に 産 する 重晶 石の 年代 が求め ら れ て き た 2 , 3 ) 。 重晶石 で は B a が R a に置 換 す る た め 、 こ れ が主 な 自 然 放 射 線 源 とな り 、 年 代 と 共 に 生 成 す る S O 3 － ラ ジ カ ル が 鉱 物 中 に 蓄 積 す る 。 こ の ラ ジ カ ル 量 を E S Rで定 量 す る こ と に よ っ て、 年 代 を 求 め る 。   他 の 鉱 物 の E S R 年 代測定 では 、 U , T h , K と い っ た 半 減 期 の 長 い 放 射 性 核 種 が 線 源 と なっ て い る た め 、 鉱 物 が １ 年 間 に 受 け る 年 間 線 量 率 は 一 定 で あ る と 考 え 、 E S R 測 定 に よ って求 め ら れ る 総 被 曝 線 量を 単 純 に 年 間 線 量 率 で割 っ て 年 代 を 求 め る 。し か し 、 重 晶 石 で は半減 期 の 短い 2 2 6 R a ,  2 2 8 R a が線 源と なる ため 、放 射 非 平 衡 を 考 慮 し なけ れ ば な ら な い が 、数学 的 に 難 し い 計 算 で はな い の で 、 放 射 非 平 衡に よ る 年 間 線 量 率 の 変化 を 考 慮 し て 積 分 方程式 を 解 い て 年 代 を 求 める こ と が で き る 。 一 方、 総 被 曝 線 量 に 関 し ては 、 自 然 の 重 晶 石 試料に 段 階 的 に 人 為 ガ ン マ線 照 射 を 行 い 、 信 号 の増 大 を 求 め 、 一 般 に 飽和 曲 線 と な る 線 量 応答を 信 号 強 度 が ０ と な る点 に 外 挿 す る 付 加 線 量法 が 用 い ら れ て き た 。付 加 線 量 法 で は 、 線量応 答 を 外 挿 す る た め 、総 被 曝 線 量 の 推 定 の 誤差 が 大 き く 、 ま た 、 線量 応 答 が 外 挿 で 得 られた 曲 線 の よ う に 実 際 にな っ て い た か ど う か 検証 で き な い と い う 欠 点が あ る 。 初 期 に は この付 加 線 量 法 が 用 い ら れて い た ル ミ ネ ッ セ ン ス年 代 測 定 法 は 、 現 在 では 完 全 に 信 号 再 生 法に移 行 し て お り 、 石 英 の E S R 年代 測定 でも 再 生法を 用 い る試 みが 行 われて いる 4 ) 。 信号再生 法 は 、 い っ た ん 信 号を 加 熱 な ど に よ っ て 消去 し 、 ガ ン マ 線 照 射 によ っ て 信 号 を 再 生 させ 、 自 然 の 状 態 で の 信 号 強 度 に 対 応 する 線 量 を 内 挿 に よ っ て 求 め る 方 法 で 、推 定 の 誤 差 を 小 さ く で き る ほ か 、 一 般に 飽 和 曲 線 と さ れ て い る 線 量 応 答 の 関数 形 が 、 そ れ と 異 な る 場 合 に も 対 応 でき る な ど 、 確 度 、 精 度 の 高 い 推 定 が できる と 考 え ら れ る 。   こ の 手 法 を 重 晶 石 の E S R 年 代測 定法に 応 用 す る 試 み を 行 っ た と こ ろ 、 付 加線 量 法 と 信 号 再 生 法 で 得 ら れ た 総 被 曝線 量 の 間 に 大 き な 差 が 生 じ る こ と が わか っ た 5 ) 。 本 研 究 で は 、 こ の 原 因 が 、プ レ ド ー ズ に あ る こ と が わ か っ た の で報 告 す る 。 再 生 法 で は 加 熱 に よ っ て 信号 を 消 去 す る が 、 線 量 応 答 （ ガ ン マ 線照 射 に よ る 信 号 生 成 の 感 度 ） が 、 加 熱前に 試 料 が 受 け た 線 量 に依 存 す る と い   図１  観 測 さ れ た 重 晶 石 の E S R ス ペ ク ト ル44   うこ と で あ る 。   ２． 試 料 及 び 実 験 手 順   試 料 と し て 、 7 0 - 1 5 0  y r とす でに E S R 年代 の求 め ら れ て い る 沖 縄 トラ フ 海 底 熱 水 域 から 採 取 さ れ た 試 料 （ 試 料 A ）、 ま た 年 代 ０ と 考 え ら れ る 伊 豆 小 笠 原 熱 水 域 か ら 採 取 し た 試料（ 試 料 B ）を 用い た 。それ ぞれ 、 1 0 0 ,  3 0 0 ,  1 0 0 0  G y のガ ンマ 線 （ プレ ドー ズ） を照射し た 後 に 3 8 0 ℃で 1 時間 の 加 熱 を 行 っ て 信 号を い っ た ん 消 去 し た 。照 射 な し で 同 様 の 処理 を 行 っ た 試 料 と 共 に 2 5 0 0 G y ま で の 範 囲 で 再 度 ガ ン マ 線 照 射 を 行 っ て 、 照 射 に よ るS O 3 － ラ ジカ ルの 生成 の 線 量応 答を 調べ た。 E S R 測定 は岡 山理 科大 学 総合機 器セ ンタ ーのE S R 測 定 装 置 を 使 用 し た 。 室 温 で マ イ ク ロ 波 出 力 を 1 m W 、 1 0 0 k H z の 磁 場 変 調 幅 を0 . 1 m T とし て測 定を 行 った。   ３． 結 果 及 び 議 論   観 測 さ れた E S R ス ペ ク トル を図１に 示 す 。 典 型 的 な 重 晶石 の S O 3－ ラ ジ カ ル の 粉 末 ス ペ ク ト ル が 観測さ れ 、 g 値が 文献 値 6 ) と 一致 した 。 図 １ に 示 す ピ ー ク の 高 さ を 信号強 度 と し た 。   照 射 に よ る 吸 収 線 量 と 共 に 信 号強度 が 増 大 し た 。 試 料 A 及 び B の線 量 応 答 を 図 ２ お よ び 図 ３ に 示す。 試 料 A では プレ ド ーズが 大きい と 信 号 強 度 が 大 き く な っ て い るのに 対 し 、 試 料 B で は 線 量応 答がど の プ レ ド ー ズ で も あ ま り 差 が ない よ う に 見 え る 。 そ れ ぞ れ の 線 量応 答 に 飽 和 曲 線 を 当 て は め 、 原 点に お け る 接 線 の 傾 き の 値 （ 線 量 が小 さ い 時 に 線 量 応 答 が 直 線 と み な  図２  試 料 A に 観測 さ れ た S O 3 － ラジ カ   図３  試料 B に観 測さ れた S O 3 － ラジ カ  ルの 信 号 強 度 の 線 量 応 答    ルの 信 号 強 度 の 線 量 応 答   図４  プ レ ド ー ズ に よ る 信 号 の 生 成 効 率 の 変 化  45  せ る 範 囲 に お け る 感 度 に 相 当 ） を そ れ ぞ れ 求 め た 。 そ の 結 果 を 図 ４ に 示 す 。 試 料 A で は 、感 度 が プ レ ド ー ズ に 対 し て 増 大 す る の に 対 し 、 試 料 B で は 感 度 に ほ と ん ど 差 が な い こ とがわ か る 。 こ の 結 果 は 、試 料 に よ っ て 線 量 応 答の プ レ ド ー ズ 効 果 に 差が あ る こ と を 示 し ている 。   線 量 応 答 の プ レ ド ー ズ効 果 が あ る と 、 信 号 再生 法 に よ っ て 総 被 曝 線量 を 正 し く 求 め ら れない こ と に な る 。 こ れ は、 プ レ ド ー ズ が ０ で ある 場 合 の 自 然 の 状 態 にお け る 線 量 応 答 と 、自然 放 射 線 に よ っ て 線 量を 受 け た 後 に 試 料 を 加熱 し て 信 号 を 消 去 し 、ガ ン マ 線 を 照 射 し て求め ら れ る 線 量 応 答 が 異な る か ら で あ る 。 す なわ ち 、 前 者 が 付 加 線 量法 、 後 者 が 信 号 再 生法に 相 当 し 、 感 度 が 異 なる た め 、 後 者 に お い て原 理 的 に 正 し く 総 被 曝線 量 が 求 め ら れ な いこ と に な る 。 今 回 の 実 験 で 、 試 料 A で は 感 度 が 上 昇 し て い る の で 、 信 号 再 生 法 で は 総 被曝線 量 を 過 小 評 価 す る こと に な る が 、 こ の 傾 向は 、 先 行 研 究 5 ) に お い て、 再生 法に よっ て求め ら れ た 総 被 曝 線 量 が付 加 線 量 法 に よ っ て 求め ら れ た 総 被 曝 線 量 より 小 さ い と い う 結 果と整 合 的 で あ る 。   ４． 粒 径 に よ る プ レ ド ーズ 効 果 の 差 異   伊 豆 小 笠 原 熱 水 域 か ら採 取 さ れ た 別 の 重 晶 石試 料 に つ い て 、 粒 径 によ る 感 度 の 差 異 を 調べた 。 重 晶 石 の 抽 出 過 程で ふ る い 分 け を 行 い 、 1 2 5 から 2 5 0 μ m の 試料を 試 料 C 、 2 5 0 から 5 0 0 μ m の試 料を 試 料 C ‘ とし た。 加熱 を し ない 場 合 とし た場 合 に 得ら れた 感度 を図 ５に示 す 。 試 料 C で感 度 はあま り変 化し ない の に対し 、試 料 C ’ では 加 熱 によ って 感度 が大きく 変 化 し て い る 。 上 記の 試 料 A と B の 結 果 を考 慮す ると 、 こ の 差 は 自 然 放 射 線 に よ る線量 が プ レ ド ー ズ と し て機 能 し た 可 能 性 が 考 えら れ る 。 重 晶 石 で は 主な 放 射 線 源 が 自 分 自身の も つ R a で ある た め 、粒 径が 大き い方 が 自 然放 射線 の線 量が 高 く なる 。こ のよ うに 考えれ ば 、 試 料 C ’で は プレド ーズ が大 きい た めに 感 度が 加熱 によ っ て 上昇 した と考 えら れるか も し れ な い 。   ５． プ レ ド ー ズ 効 果 の 原因 と 年 代 測 定   現 時 点 で 、 プ レ ド ー ズ効 果 の 現 象 は 確 認 で きた が 、 そ の 原 因 は 不 明で あ る 。 可 能 性 と しては 次 の よ う な こ と が 考え ら れ る か も し れ な い。   ５－ １  不 純 物   重 晶 石  ( B a S O 4 )  は 天 青 石( S r S O 4 ) 、 硫 酸 鉛 鉱 ( P b S O 4 ) と 固溶 体 を つ く る こ と か ら 、 重 晶 石 中の B a を 置き 換え て、 S r や P b を 含む こ と が 知 ら れ て い る 。 こ う し た不 純 物 や 微 量 の 不 純 物 が 影 響 して 、 こ こ で 観 測 さ れ た 感 度 の 差 異の 効 果 を 生 じ て い る 可 能 性 が 考 えら れ る 。 合 成 実 験 に よ り 、 信 号 その も の が 不 純 物 に よ っ て 影 響 を 受け る と い う 結 果 も 得 ら れ て い る ので 、 こ う し た 点 を 含 め て 、 今 後 合成 実 験 を 行 っ て 調 べ て い く と い う方 向 性 が 考 え ら れ る 。 ま た 、 実 際の 海 底 熱 水 性 重 晶 石 に つ い て 、 不純 物 濃 度 を 分 析 し 、 プ レ ド ー ズ 効果 と の 相 関 を 調 べ る こ と も で き るであ ろ う 。   図５  線 量 応 答 の 加 熱 に よ る 変 化 の 粒 径 に よ る 差  異  C :  1 2 5 － 2 5 0 μ m ， C ’ :  2 5 0 － 5 0 0 μ m  46  ５－ ２  ア ル フ ァ 線 の 効果   重 晶 石 が 含 む R a が 主な放 射線 源で ある た め、ア ルフ ァ 線 によ る 線量は 非常 に大 きい 。ア ル フ ァ 線 は 線 阻 止 能 （ 単 位 長 さ あ た り に 結 晶 に 与 え る エ ネ ル ギ ー 量 、 L E T ） が ベ ー タ線、 ガ ン マ 線 よ り 大 き く、 そ の 照 射 効 果 と し て考 え る と 、 ミ ク ロ な スケ ー ル で は 格 子 欠 陥の生 成 に 対 す る 効 果 が 異な る 可 能 性 は 考 え ら れる 。 こ れ が C と C ‘ で プレ ドー ズ効 果が 異なる 原 因 と な っ て い る 可能 性 は 考 え ら れ る か もし れ な い 。 ま た 、 通 常の 年 代 測 定 の 手 順 ではガ ン マ 線 を 照 射 す る ため 、 ア ル フ ァ 線 の 効 果が 、 ベ ー タ 線 、 ガ ン マ線 と 異 な る の で あ れば 、 ガ ン マ 線 で は こ れ を 再 現 で き て い な い 可 能 性 も あ る 。 H e イ オ ン 照 射 な ど を 行 っ て これら の 点 を チ ェ ッ ク す る必 要 が あ ろ う 。   ５－ ３  年 代 測 定 手 順 の検 討   プ レ ド ー ズ 効 果 が 確 認さ れ た た め 、 残 念 な がら 、 重 晶 石 の E S R 年代 測 定 に お い て 信 号再生 法 を す ぐ に 使 用 す るこ と は で き な い 。 も し、 使 用 で き る と す れ ば、 プ レ ド ー ズ 効 果 がない か 、 無 視 で き る 場 合で 、 プ レ ド ー ズ 効 果 のな い 試 料 、 あ る い は プレ ド ー ズ が 小 さ い 若い試 料 と い う こ と に な る。 そ も そ も 、 信 号 再 生法 が 有 用 に な る 可 能 性が あ る の は 、 古 く て信号 強 度 が 線 量 に 対 し て飽 和 し て き て お り 、 人為 照 射 に よ っ て 信 号 があ ま り 増 加 せ ず 、 付加線 量 法 に よ る 信 号 強 度の 外 挿 の 信 頼 性 の 低 い試 料 な の で 、 こ の 点 に関 し て も 信 号 再 生 法の有 用 性 に 関 し て 厳 し い可 能 性 は 高 い 。 し か し、 若 い 試 料 に つ い て 誤差 が 小 さ く で き る という 点 で は 意 味 が あ る かも し れ な い し 、 ま た プレ ド ー ズ 効 果 が な い 試料 で あ る こ と が 確 認でき る の で あ れ ば 有 用 であ ろ う 。   ６． ま と め   重 晶 石 の E S R 年 代 測 定法 に信 号再 生 法 を 適 用す るこ とを 考え て 、 加熱 によ る感 度変 化を調 べ た と こ ろ 、 プ レ ドー ズ 効 果 が あ る こ と が見 い だ さ れ た 。 現 時 点で そ の 原 因 は わ か らず、 こ の 効 果 に 試 料 に よる 差 異 が あ る こ と が わか っ た 。 現 時 点 で 信 号再 生 法 を 使 用 す る ことは 勧 め ら れ な い が 、 現象 そ の も の が 興 味 深 く、 合 成 実 験 や 試 料 の 不純 物 濃 度 の 測 定 な どのデ ー タ を 積 み 上 げ る 意味 は あ る と 考 え ら れ る。    引用 文 献  1 )  O k u m u r a ,  T . ,  T o y o d a ,  S . ,  S a t o ,  F . ,  U c h i d a ,  A . ,  I s h i b a s h i ,  J . ,  N a k a i ,  S .  ( 2 0 1 0 ）E S R  D a t i n g  o f  m a r i n e  b a r i t e s  i n  c h i m n e y s  d e p o s i t e d  f r o m  h y d r o t h e r m a l  v e n t s .  G e o c h r o n o m e t r i a ,  3 7 ,  5 7 - 6 1 .  2 )  F u j i w a r a ,  T . ,  T o y o d a ,  S . ,  U c h i d a ,  A . ,  I s h i b a s h i ,  J . ,  N a k a i ,  S . ,  a n d  T a k a m a s a ,  A .  ( 2 0 1 5 )  S u b s e a f l o o r  B i o s p h e r e  L i n k e d  t o  G l o b a l  H y d r o t h e r m a l  S y s t e m s ;  T A I G A  C o n c e p t ,  S p r i n g e r ,  T o k y o ,  3 6 9 - 3 8 6 .  3 )  F u j i w a r a ,  T .  ( 2 0 1 8 ) ,  P h . D  T h e s i s ,  O k a y a m a  U n i v e r s i t y  o f  S c i e n c e .  4 )  T s u k a m o t o ,  S .  T o y o d a ,  S .  T a n i ,  A . ,  O p p e r m a n n ,  F .  ( 2 0 1 5 )  S i n g l e  a l i q u o t  r e g e n e r a t i v e  d o s e  m e t h o d  f o r  E S R  d a t i n g  u s i n g  X - r a y  i r r a d i a t i o n  a n d  p r e h e a t ,  R a d i a t i o n  M e a s u r e m e n t s ,  8 1 ,  9 - 1 5 .  5 )  豊 田 新 ， 冨 田 麻 起 子 ， 廣 田 誠 子  信 号 再 生 法 を 用 い た 重 晶 石 の E S R 年 代 測 定 の 有 用 性 と 課 題 ,  日 本 地 球 惑 星 科 学 連 合 2 0 2 2 年 大 会 ,  2 0 2 2 年 5 月 2 2 日 － 6 月 3 日 ,  幕 張 ／ オ ン ラ イ ン .  6 )  R y a b o v ,  I .  D . ,  B e r s h o v ,  L .  V . ,  S p e r a n s k i y ,  A .  V . ,  G a n e e v ,  I .  G .  ( 1 9 8 3 ) .  E l e c t r o n  p a r a m a g n e t i c  r e s o n a n c e  o f  P O 3 2 -  a n d  S O 3 -  r a d i c a l s  i n  a n h y d r i t e ,  c e l e s t i t e  a n d  b a r i t e :  t h e  h y p e r f i n e  s t r u c t u r e  a n d  d y n a m i c s .  P h y s i c s  a n d  C h e m i s t r y  o f  M i n e r a l s ,  1 0 ,  2 1 - 2 6 .    

ジュウショウセキ ノ プレドーズ コウカ ト ESR ネンダイ ソクテイ エノ エイキョウ

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ジュウショウセキノプレドーズコウカト ESR ネンダイソクテイエノエイキョウ

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