九州シンクロトロン光研究センター課 題 番 号 ： 080739C（様式第４号）

江 戸 末 期 で 使 わ れ た 反 射 炉 の 鉄 およ び レ ン ガ の 蛍 光 Ｘ 線分 析
X-ray fluorescence Analysis of iron and brick found in the old reverberatory
furnace in the end of Edo Period
田端正明 保見真悟
Masaaki Tabata, Shinngo Ho mi
佐賀大学
Saga University
１．概要
江 戸 期に 培われ た科 学技 術が 、 幕末 か ら明治 初 期に かけて導入 され た西洋 技術 によ っ て 明 治 20 年 ご ろ ま で に ど の よ う に 変 化 し 発 展 し た か を 解 明 す る た め に 、江 戸 末期 に 発達 した佐 賀藩 の鉄 の製 造 跡地 から 発掘 さ れた 資料を ンク ロト ロン光 の蛍 光 Ｘ
線分析法で解明する。
（ English ）Iiron and brick found in the old reverberato ry furnace in the end of Edo period wereanalyzed by X-ray fluorescence analysis using synchrotron radiation at Saga inorder to know how the science and technology of iron p roduction imported fromEurope d eveloped as own technology in Japan.

２．背景と研究目的：
幕末期に鉄製大砲鋳造のために、佐賀藩を始め鹿児島藩・島原藩・鳥取藩・水戸藩・幕府領韮山で反射炉が築造された。各反射炉跡地で採取した鉄片を分析し、反射炉の性能鋳佐賀にシンクロトロンの古遺物の分析への新しい実績を得ることができると考えている。
このようにして、本研究によって、江戸末期における日本の高度技術の発展とその由来を考造された鉄製大砲の質を解明する。更に、反射察する。
３．実験内容：炉で大量の鉄製大砲の鋳造を可能とのしたのは下記の鉄片とレンガの固体試料をＢＬ１５で蛍反射炉で使われたレンガの強度が高かった事に光Ｘ線分析を行った。

由来すると見なされる。各藩のレンガの成分分

原料鉄片

析によってその違いと由来を解明する。鉄鉱石

1. 佐 賀藩多 布施反射炉跡地で採 取の鉄棒片の産地、製法を知るためにシンクロトロン光

No1を用いた蛍光Ｘ線分析を実施する。特に主成

2. 佐賀藩多布施反射炉跡地で採取の鉄 No1が鉄である試料で、12kev の範囲で Ti を中心

3. 築地反射炉鉄跡地で採取の鉄No1とした微量の元素の検出がどこまで可能か？

4. 築地反射炉鉄跡地で採取の鉄No2

更に、微量元素の成分比の産地と製法による

5. 安心院反射炉鉄跡地で採取の鉄No1違いを明らかにする。また、試料は鉄片であ6. 安心院反射炉鉄跡地で採取の鉄No2るので、散乱強度による妨害を除くために位7. 釜石鉄鉱石 No1置の調整が必要である。申請者は今まで、有レンガなど

明海底泥の蛍光Ｘ線分析を佐賀のシンクロト

9. 島 原藩安 心院反射炉で融解さ れたレンガロンで実施してきたが、今度の測定によって、

No 1

10. 鹿児島藩知覧で採取した石であるので、それを基準にしてプロットすると図２のようになった。鉄製品中の鉄の濃度は大体 Ti の濃度と相関関係が深かった。

No111. 六尾反射炉鉄12. 六尾反射炉レンガ

Ritio of Fe to Ti

250

測定時間 10 分、励起エネルギー

12 keV, ビーFe/ Ar

ムサイズ、0.5x4mm/mm
４．結果、および、考察：
固体試料をポリエチレンの袋に入れて、試料表面にＸ線を照射した。その蛍光スペクトルを測定した。
その一例を鉄製造時に用いられた反射炉のレンガとそこで発掘された鉄の棒の蛍光Ｘ線分析結果を示す（図１、a, b）。

1島原藩安心院反射炉レンガ

150
100550304901236

図２. Fe/Ar Ti/Ar との相関関係

Ti/Fe0.180.16

Ti
Ca

1000

50.2KAr4Ti/ Ar

Fe Kb

3000
2000116しかし、原料が砂鉄と鉄鉱石では Fe と Ti の含有量に大きな差がある。上の図より Fe/Ti の濃度比をプロットすると図３のようになった。

5000
4000

20000Mn5Cu
NikeV

Zn

0.140.12

Ga

0.10.08

As

1015

Ti/Fe

0.06
0.04
0.02
012345679101112

図１、a. 島原藩安心院反射炉レンガ
図３.試料中の Ti/Fe の濃度比の即ち試料３、９、１０、１２は砂鉄を原料として製造された可能性が高い。

1000800

佐賀藩多布施鉄No1600
400
20000Fe Kb

TiAr

Ni Zn
51015keV

図 1、b. 佐賀藩多布施鉄 No1
試料の表面の凹凸が激しいので、表面で散乱が起こり、測定Ｘ線の強度は表面状態に影響を受けた。しかし、空気中のアルゴンの濃度は一定

５．今後の課題：
固体試料の蛍光Ｘ線強度は表面の凹凸に依存する。凹凸が激しい試料では、空気中の Ar濃度を基準にすると、その強度さによる誤差を避けることができる。蛍光Ｘ線の測定では、他の元素との相対強度として測定することが多いが、成分費は試料によって異なるので常に一定濃度である Ar を基準にすることが最適と考える。今まで測定した有明海の泥の蛍光Ｘ線分の結果についても検討する必要がある。
６．論文発表状況・特許状況
投稿するように論文としてまとめている。
７．参考文献１．佐賀藩反射炉由来の鉄鋼の分析、加藤将彦、平井昭司、鈴木章悟、岡田往子、幕末佐賀科
学技術史研究 第 3 号、1-48（2008）
２.まほろん２号炉における復元たたら製鉄からの製鉄関連資料中の元素濃度及び金属学的組織の調査、平井昭司、加藤将彦、小椋幸司、鈴木章悟、岡田往子、福島県文化財センター白河館研究紀要 2006、63-80（2007）
３． Evaluation of Laboratory Ultra Soft X-Ray
Absorption Spectrometer by Li-K XANES
measurements and their DV-Xα calculations
T. Kurisaki, Y. Nakazono, S. Matsuo, R. C. C.
Perera, J. H. Underwood andH. Wakita, Adv. Quantum Chem. 54,315-323(2008)
４．有明海における重金属イオンの濃縮され易
い底泥環境、田端正明、衛藤勇男、西本潤、
有明海総合研究プロジェクト成果報告集、２
巻 7(2006).
８．キーワード・蛍光 X 線物質をＸ線で照射したときに原子の内殻軌道の電子を励起放出し、この空準位に高い準位の電子が移るときに放射される特性Ｘ線のこと。
・ 鉄の原料鉄鉱石と砂鉄が用いられる。江戸末期の日本の大砲製造に用いられた鉄の原料の解明は、西洋技術を受けた日本古来の鉄製造技術の発展を知る上で重要となる。