名古屋大学加速器質量分析計業績報告書, ⅩⅩⅠ , 2010.03

名古屋大学タンデトロン AMS 14C システムの現状と利用 (2009)
Statu
sandApplicationsofaTandetronAMSSystematNagoyaUniversityin2009
中村俊夫同・南雅代 1 ・小田寛貴 1 ・池田晃子宮田佳樹太田友子 1 ・西田真砂美

本田印南大森貴之 2 ・西本

寛 2 ・林和樹 2 ・本庄浩司 2

松本佳納 2 ・城森由佳 2

山崎香奈 3

ToshioNakamura 1, MasayoMinami 1, HirotakaOda 1, AkikoIkeda 1, YoshikiMiyata 1,TomokoOhta1, MasamiNishida1, InamiHonda1, TakayukiOmor? , HiroshiNishimoto 2,KazukiHayashu? , KojiHonj yo2, KanaMatsumoto 2, YukaJyomor? , KanaYamazaki'
1 名古屋大学年代測定総合研究センタ2 名古屋大学大学院環境学研究科
3 名古屋大学理学部地球惑星科学科

1CenterforChronologicalResearch , NagoyaUniversity , Chikusa , Nagoya464・ 8602 Japan
2GraduateSchoolofEnvironmentalStudies , NagoyaUniversity , Chikusa , Nagoya464‑8602
Japan
acu
lt
yofScience , NagoyaUniversity , Chikusa,'DepartmentofE
art
handPlanetaryScience , F
Nagoya464・ 8602 Japan*Correspondinga
uthor.E‑mail:nakamura@nendai.nagoya‑u.ac.jp
4C measurements , b
Abstract:AnAMSsystem(Model4130‑AMS)dedicatedto1uil
tbyHigheliv
eredto Nagoya
Voltage Engineering Europe (HVEE) , B.V. , The Netherlands , was dUniv
ersityin1
996/
97.Acceptancet
est
sofi
t
sperformanceoncarboni
sotopemeasurements
outine measurements began in mid‑2000. Since
were completed in January of1999 , and rotoftroubleswiththecompletionofthea
cceptancetestsi
nearly1999 , wehaveencounteredal
machine , par
ticu
larl
yin2002.Sincetheendof2002 , themachineh
asworkedr
elativel
ywe l1,14~ 112expec
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orminorproblems.Thes
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saround

主 0.3% to 主 0 .4% (abitlargert
hant
heuncertaintyofabout 主 0.3% calcu
latedfrom14C countingstatistics)andt
hatofthecorresponding13C/12Cratiois", 0.03% to", 0.07% , asar
etestedfor
HOxIItarge
ts.Thenumbero
ftar
getsmeasuredwas330 , 1430 , 2077 , 1003 , 1,979 , 1679 , 1771 ,1115 , 1339 , 866and1300i
neachyearfrom1999to2009 , respectively , andtotalnumberoftargetmeasuredis14890.

", 2007 , wehad ascheduled shutdown ofthe AMS system, toSinceNovember 1gainstanoutbrea
koflarge
improvethestrengthoft
hebuilding , FurukawaMemorialHa l1, ascaleearthquakes expected int
henearfutur
e around Tokai area , centralJapan.After
14
completionoft
herepair , inJune of2008 , werestarted'"
Cmeasurements , inencounteringagainsimilarkindsoft
roublesaswehadexperiencedb
efore.Anov
er
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loft
heAMSsystemwasperformedbyane
ngineerfromHVEEi
nOctoberof2008.I
n2009 , wehaveencountered− 18 −

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ainthenew sparepartstosubstitutethedefectiveones. However , wehavemeasured 1300t
arget
sin2009 , thefigur
ebiggerthantheonerecordedi
nth
epr
ev
iou
syear.

arlybronzeage , cu
lturalproperties ,Keywords:ac
cele
r
ato
rmassspectrometry , radiocarbon , eBuddhas
tatueキーワード:加速器質量分析，放射性炭素，前期青銅器時代，文化財，仏像

1

はじめに

名古屋大学年代測定総合研究センターに、

1997 年 3 月に設置された High

VoltageEngineering(HVE) 社製 Tandetron (Model4130-AMS) は，放射性炭素測定専用のシステムであるロ Cs スバッタ負イオン源 (ModeI864B) 、リコンビネーター、 3MV ベースのタンデム加速器、 110 度および 90 度曲げ角度の質量分析電磁石 2 台、 33 度曲げ角度の静電デフレク
夕、およびイソブタンガスを用いる電離箱型重イオン検出器からなる。リコンビネーターシ
ステムにより、まず 12C ， 13C ， 14C ビームを分離させ、このときに Chopper を用いて 12C ピー

ム強度を約百分のーに減表させ、その後に再集合して加速器に入射する。こうして炭素 l 旬、13 C 、 12C の同時測定を行い、炭素の同位体比を高精度に測定できる。 1999 年 1 月に 14C/12C 、13C/12C 比測定の性能検収を終了し、 2000 年度から学内共同利用を開始した (N akamuraetal.

2000;2004)。
既に報告してきたように、 2006 年 6 月から耐震改修工事直前 (2007 年 11 月)までは加速器高電圧のスパークに悩まされてきた。高電圧のスパークが発生すると、インターロックが働いて炭素同位体測定が停止する。このスパークにより急激に解放される電気エネルギーにより電子部品などの破損がたびたび発生した。そこで、 AMS 施設建物の耐震工事が行われた直後に(実質的に 2007/1111-2008/04/30 の間システムの運転は完全停止となった)、高電圧絶縁ガスとして用いている六フッ化イオウ (SF.) の脱水装置を設置した。この措置が功を奏し、これまで苦労していた高電圧のスパークはほぼ治まった。しかし、加速器電源回路の部品の劣化に起因すると恩われる破損など、装置の老朽化に伴う新たな機能障害が発生している。本稿では、 2009 年 1 月から 2009 年 12 月末までの 1 年間の故障例など、運転の状況をまとめる。また、この期間に行われた年代研究の一部を紹介する。共同利用研究の成果については本報告書に開催されている報告を参照されたい。

2. 2009 年の一年聞の運転状況の概要
AMS 施設建物の耐震工事が 200711111 -2008/04/30 の聞に行われた。もちろん、この聞は、 AMS 装置は完全に停止した。工事完了後に、電源を投入し、まずクライオポンプの保守、SF. 循環脱水システムの導入を行った。この脱水システムの導入は大成功であった。このシステムの導入 (2008 年 5119-6/09) から 2009 年 12 月 31 日までの放電回数は計 2 固と激減している。

2008110/02 には、クライオポンプのコンプレッサーを交換した。これまで使っていたコンプレッサーは旧式で、定期保守部品の換えがもはや供給されていないとのことであったロ
10/28-11114 にかけて、オランダ国 HVEE 社の技師による耐震改修後のシステム点検を実施した。このときは、高電圧発生部のダイオード 150 個と加速管のブリーダー抵抗 25 個を交換

− 19 −

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した。このように、耐震改修に伴う点検などを行ったため、 2008 年内に測定したターゲットの個数は 866 個であった。

2009 年になって、 1 月に、加速器制御回路にある定電圧電源が故障した。故障の原因は、安定化直流電源であることを突き止め、国産のパーツで代用することで修理を終えた。この取り替えに約 1 ヶ月を要した。 2 月には、リコンビネータに不可欠な 12Cーピームチョッパーが真空漏れを起こした。このため磁気流体軸受を交換した。また 9 月にも、加速器の高電圧が発生できないトラブルが再度発生し、この故障の修理には 2 ヶ月を要した。このような故障があったが，測定は比較的順調に進行し， 12 月末までの 1 年間に 1300 個のターゲットを測定することができた
これまでの 14 C 測定の経緯を表 1 に示す。
表 1

年間のターゲット測定数と測定時間\pご1(1 999 年の測定開始から 2009112/31 まで)

測定ターゲット(個)

年間

1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006

月平均

330
1 ,4302 , 077
1 , 003
1 , 979
1 , 679
1 , 771
1 , 115
1 , 339866
1 , 3002007 掌

2008 ・2009

28
119
173
84
165
140
148
159
134
144
186

積算数

330
1, 7603 , 837
4 , 840
6 , 819
8 , 498
10 , 269
11 , 384
12 , 724
13 , 590
14 , 890

測定時間(時間)
年間

352
2 ,2343 , 161
1 , 545
3 ,2192 ,837
3 ,456
1 , 584
2 , 136
1 ,488
2 ,470

月平均

29186
263
129
268
239
288
264
214 申

248**
350 事**事)耐震工事(実質的には 200711 1/ 1 ・2008/06/20) の聞は，年代測定装置は停止した.

**)有効使用月・ 6 ヶ月叫*)有効使用月 :7 ヶ月

2500

2000
尉¥

童話 1
500
4z、

正、I1000~

耐
震50001999200120032005 20072009

西暦年

図 1

1999 年から 2009 年までの年ごとのターゲット測定数− 20 −

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3. HVEE タンデトロン加速器質量分析計の故障の詳細
表 2 に、 2009 年における各月あたりのターゲット測定数及びタンデトロン 2 号機の不具合の状況を示すロ
表 2

2009 年における月あたりのターゲット測定数
測定番号

月l2(13496‑1354213728

測定batch数::I

メン

ト数

46186

3 118-2/3 加速器制御電源の故障
2C.beamchopper の磁気流体軸受の真空漏れ，
15 2/5 ・ 2110 1
磁気流体軸受の交換

3413774
13960

46186

5 3122-4/6 ターゲット交換の不良，測定の途中停止多発
13 4/17‑516 ターゲットの位置決めをビーム出力を監視しながら少しずつ調整

514151

19113614289

13812714289。

。

7/5

古川記念館の臨時的停電により AMS シスァムの停止

同日に送電復帰後，真空ポンプ (TMP) 作動再開
7/14-7115 加速器絶縁ガス SF6 の脱水作業

81438394

7 8/11‑8112 HE 倶IJ 電磁石電源冷却水詰まり，送水パイプ洗浄(2009 年 l 回目)

8/14 HE 倶IJ 分析電磁石本体の 2 台を扇風機で強制空冷

914383。

。

9/19-9/21 加速器絶縁ガス SF6 の脱水作業

9123

HE 側電磁石電源冷却水詰まり，送水パイプ洗浄(2009 年 2 回目)
向上冷却水配管の改良

1014383。

1114518135。

9/24‑ 高電圧発生不可能となる.回路の故障発生
9/24‑1112 故障原因の探求，交換部品の到着待ち
10/
6 放射線発生装置の定期検査・定期確認

17 1112 部品交換，電源出力試験，加速器運転再開
11/15 全学停電 (8:00-18:00)
11124-25 イオン源分解掃除(アイオナイザー交換，Cs19 充填)1112
9 イオン源ターゲット交換誤作動，圧縮空気制御の点検

1214796278

18 12114-12115 クフイオポンプヘッド 4 台の定期保守
12121 HE 倶u の Q-pole 真空計の真空度が悪化，原因不明，真空計のセンサーの不良か，調査中

12127 イオン源ターゲット交換誤作動，圧縮空気制御の点検
合計

1300以上のように、新たな箇所の故障が発生する一方で、同一箇所の繰り返し故障が継続しており抜本的な対策をとることが不可欠となっている。

− 21 −

名古屋大学加速器質量分析計業績報告書, ⅩⅩⅠ , 2010.03

4. SF 6 ガスの露点の監視
名古屋大学では SF 6 循環脱水システムの導入を行っており、この脱水システムの導入が大成功であったことを述べた。 SF 6 露点の測定は、電子式の露点計(浜田電機製作所(株)製)を用いて行っている。当初、 1999 年に導入した製品は、露点の読みが低めになるように較正がずれてしまったようである。露点の数値的には問題ないが、しばしば高電圧放電が発生した。そこで、 2004 年にもう一台を購入した。それらを直列に接続して、 SF 6 の露点を測定しているが、新しい方の露点計の読みは、古い方の露点計の読みより約 20 度高い方にずれているロしかし、それぞれの数値が変動しでもずれ幅は常に一定値となることから、測定の直線性は良いが較正がずれていると結論できる。そこで、それぞれの露点計について、個別に設定値を決め、露点がその設定以下になるように注意することとした。今のところ、この方式で高電圧放電を防ぐことができている。加速器高電圧用の絶縁ガス SF 6 の露点(水分含有率を示す)の経年変動を図 2 に示す。 SF 6 用の脱水装置を取り付けたあとに発生した放電を赤い矢印(2008/6/24 、 2008/12/8) で示す。

‑3020092007 2008(ρ) 母艦@古暖瞳 E 凶‑
40.・!!'・þ.

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50.
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•

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70.
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七五/月i師、
mOON

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自N、凶OON。。

nuー回、hnOON

図 2F

加速器高電圧用の絶縁ガス SF 6 の露点(水分含有率を示す)の経年変動

赤い 2 本の矢印は、 2008 年に発生した 2 回の高電圧の放電発生日を示す。

5. 14C 測定の応用研究
名古屋大学タンデトロン加速器年代測定システムによる 14 C 年代測定では、約 5 千年前よりも若い試料について、ほぽ定常的に ::t 20 ー::t 30 年の誤差(1標準偏差)で年代測定が可能である (Nakamura eta1.2004;2007) ため、文化財科学や考古学関連のさまざまな資料の年代測定についての利用が期待されている。また、年代測定に限らず、環境研究などにも幅広く利用されている(名古屋大学加速器質量分析計業績報告書 1988 ・ 2009) 。
シンポジウムにおいて紹介した (1) シリアのガーネム・アル=アリ遺跡の編年の構築、 (2)合木製の仏像の製作年代、に関する研究の概要を以下に紹介する。

5. 1

シリアのユーフラテス河中流域にあるガーネム・アル=アリ遺跡の年代

ガーネム・アル=アリ遺跡は、ユーフラテス河中流域に位置する人口約 20 万人の都市であるラッカから約 40km 下流の右岸の最低位段丘面上に位置する(斉藤 2009) 。現在のユーブ− 22 −

名古屋大学加速器質量分析計業績報告書, ⅩⅩⅠ , 2010.03

ラテス河岸から 2.5km 南に離れている。この遺跡が、国土舘大学イラク古代文化研究所の大沼克彦教授を代表者として文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」の調査対象として選定され、 2006 年から発掘調査が開始された(特定領域ホームベージ:
http://homepage.kokushikan.ac.jp/kaonuma/tokuteiryouiki!) 。星野光雄名古屋大学大学院環境学研究科教授(現在、名古屋大学名誉教授)を代表者に、同「特定領域研究」に属する計画研究のーっとして、同遺跡の理化学的調査が 2007 年 3 月から開始された。遺跡から採取した遺物などの 14C 年代測定が実施されている。これまでの年代研究の経過は、中村ほか (2009a ，2009b , 2009c) にまとめられている。
ガーネム・アル=アリ遺跡では、遺跡の表面に散乱する土器片が採取され、それらの土器の特徴から遺跡の年代は前期青銅器時代の中頃から後半の時期を主体とするが、前期育銅器時代の全期聞をカバーする可能性があると推定されている(木内 2007) 。一方、ガーネム・アル=アリ遺跡のスクエア 2 トレンチの 2009 年 3 月の発掘調査から、明白な建築層が第 1 層から第 8 層まで確認されており、それらの地層から採取した木炭について、名古屋大学にて実施された 14C 年代測定から、ガーネム・アル=アリ遺跡の編年が表 3 のように得られている。 14 C 年代測定からは、更に人間活動の痕跡として木炭層を含む最上部堆積層の存在が確認された。表 3 に示されるように、現時点では、この遺跡において紀元前 3100 年から紀元前2000 年頃までの居住地あるいは一時的な訪問場所として人間集団が活発に活動した痕跡がみられることが、年代測定研究から明らかとなった(中村ほか 2009c) 。この「特定領域研究」は、 2009 年度末で終了となるが、年代解析はさらに継続される予定である。
表 314C 年代測定によるガーネム・アル=アリ遺跡スクエア 2 トレンチの第 l ー第 8 建築層と人間活動の痕跡が残される最上層の編年

建築層較正暦年代

最上層

2400‑2050c
alBC
2650‑2350c
alBC
2850‑2500c
alBC
2900‑2650c
alBC
3100‑2900c
alBC

第 1 、2層

第 3 、4層

第 5層
第 6 、

5. 2

7 、

8層

合木製の仏像の制作年代

由緒ある古寺などに所有されている木製の仏像などについて制作年代を調べるために 14 C年代測定がしばしば用いられている。今回は、光背、本体、座部、台座が別々の木材で作成され、それらを組み上げて仕上げられた人体とほぼ同じ程度の大きさの仏像について、その制作年代を推定するために 14 C 年代測定を行った。分割できることから、部分的に後世に取り替えられた可能性がある。そこで、光背部、頭部、身体部、台座部の 4 カ所から試料を採4
C BP 、光背・台座部が取して年代測定を行った。その結果、頭部・身体部が 1020-1094 1

115‑1491
4CBP の 14 C 年代が得られた。この結果から、光背・台座部は、後世(江戸時代中期以降から近代までのある時期)に取り替えられたものであろう。一方、頭部・身体部の制作年代は(実は、それらの部分を構成している木材の、できるだけ最外年輪に近い年輪の年代としかいえない。原料材の伐採年ではない)、 14 C 年代を較 E して cal AD890 ー 1040 と得られる。おそらく平安時代 (AD794-AD1192) の前半に制作されたものであろうと推定できることが解った。

謝辞
タンデトロン加速器質量分析計の改造や保守、さらに運転のための消耗品類の開発などで、名古屋大学全学技術支援センターの教育・研究技術支援室の皆様には大変お世話になっています。特に、鈴木和司、鳥居龍晴、松下幸司の 3 氏には、当センターを担当し様々に支援し− 23 −

名古屋大学加速器質量分析計業績報告書, ⅩⅩⅠ , 2010.03て頂いています。また、ガラス工作室の野田敏昭、夏目秀子、岡本久和の 3 氏には、試料調製用のガラス真空装置の修理など、日本原子力研究開発機構むつ事務所の北村敏勝・甲昭三の両氏には、同事業所で準備されている保守用の部品類をお貸し頂くなど、便宜を図って頂いています。さらに、装置の故障の際には、放射線医学総合研究所基盤技術センター研究基盤技術部の酢屋徳啓、株式会社エリコンのシステム部所属の関野達也の両氏には多大なご支援を頂いていますロここに、記して関係者の皆様に深く感謝致します。

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杏藤− 24 −