フィッション・トラック

ニュースレター

第36号

19 - 22 2023年

ジルコンのART年代測定に向けた取り組み：Am線源を利用したART形成実験
中島大輝*・長谷部徳子*・横山明彦*・山田記大*・飯沼勇人**・高宮幸一**
Eﬀorts toward ART dating in zircon: ART formation experiments
using Am sources

Taiki Nakashima*, Noriko Hasebe*, Akihiko Yokoyama*, Norihiro Yamada* ,Yuto Iinuma** and Koichi Takamiya*** 金沢大学，Kanazawa University** 京都大学，Kyoto University

はじめにある．アルファ壊変によって原子核が鉱物方向

アルファリコイルトラック (ART) は²³⁸U，

へ移動し，衝突することによりARTを形成す²³⁵U，²³²Thおよびその娘核種がアルファ壊変

る可能性がある．本研究では京都大学複合原子をする際に生じたエネルギーにより，残った原

力科学研究所所有のある300 Bqの²⁴¹Am線源

子核が動いてできる損傷のことである．ウランを使用した．真空容器の中に白雲母と²⁴¹Am線やトリウムの壊変定数は決まっているため，鉱源の間に厚さ1 mmのガラススペーサーを置

物内のART数とウラン・トリウム濃度を測定す

き，様々な時間で照射を行った(１時間，3時

ることで年代を算出することができる．しか間，6時間，12時間，2日，4日，1週間)．照射

し，年代既知のジルコンにART年代測定法を適後は全ての試料をフッ酸で2時間エッチング用したところ，期待される年代よりも若く算出

し，位相差顕微鏡を用いて観察を行った．観察された (早坂ほか, 2018)．その原因として，のルールとしてそれぞれの試料をランダムに5ART認定の不正確さによるART数の過小評価

箇所 (34100 µm²

や，ARTの形成過程が不明なため経過時間とと(ImageJ) を用いて画像の二値化を行い，ART

もにART数が増加しているのか分からないことの個数と面積を測定した．

5) 撮影し，解析ソフトが考えられる．そのことを確認するために，本研究では鉱物表面に人工的にARTを形成する

アニーリング実験手法の確立を目指した．白雲母のARTのアニー

ARTの大きさは年代値を算出する際の重要なリング挙動に関する実験も併せて行った．今回要素の一つである．しかし，測定試料がどのよ

はART検出器として白雲母を用いた．白雲母はうな環境 (期間や温度) に置かれてきたかによ劈開面を観察することにより，ノイズや研磨のり大きさは変化するため，ARTのアニーリング

影響を考慮する必要がなくエッチングにより顕特性を理解することは重要である．照射実験の微鏡で容易にARTを観察することができる．

手法で3時間照射した白雲母試料を複数個用意
し，異なる温度 (100℃，150℃，200℃) と時

実験手法

間(30分，1時間，3時間，5時間，10時間，20

照射実験

時間，100時間，352時間)でアニーリングを

ARTを人工的に形成するためには，アルファ

行った後，エッチング・観察を行った．

壊変する重元素を鉱物表面に作用させる必要が19

結果と考察複数壊変を起こすため後者の方が大きなトラッ

本研究では²⁴¹Am線源を用いて新たなART形

クを形成すると考えられる．白雲母がカンブリ

成手法の確立に成功した．照射時間の増加に伴ア紀以前に産出したものであることを考慮する

い白雲母表面に形成されたART面密度が直線と (Richard and Forrest, 1950)，等温アニー的に増加していることが確認できた（図1）．

リング実験の結果から，天然のARTは周囲の環

1時間から12時間の照射期間ではARTを1つず

境温度 (27℃ ~ 34℃) で長期間アニーリングさつ識別可能であったが，2日から1週間の照射れたものであると考えられる (図3, 表1)．

期間ではARTの重複により個数や面密度に影

人工的なART形成手法の確立により，雲母以響があった．この結果から，2時間エッチング

外の様々な鉱物におけるART特性を評価するによる白雲母の測定年代上限は，ウラン濃度がことが可能になった．今後はジルコンへの適用

1~10 ppm程度である場合，数万から数十万年によりART年代測定法のさらなる発展が期待前の試料であることが分かった．ARTの大きされる．

さはアニーリング温度と時間に依存し，2つの引用文献

ステップ（急速なアニーリングとゆるやかなア

早坂ほか (2018) 原子間力顕微鏡を用いたジル

ニー リ ング ） に 分 け ら れ る こ と が 示 さ れ た

コンのαリコイルトラック年代測定．

(図2)．ARTのサイズ分布を比較したところ，

フィッション・トラック ニュースレター,

人工的に形成したARTの方が天然のARTより

31, 20-22

も大きくなった．人工的なARTは²⁴¹Amから

Richard H. J and Forrest W. L. (1950)²³⁷Npへの単一アルファ壊変により形成されPhysical characteristics of commercial

る．一方で，天然のARTは²³⁸U，²³⁵U，²³²Th

sheet muscovite in the southeasternからそれぞれ安定な²⁰⁶Pb，²⁰⁷Pb，²⁰⁸Pbへと

United States, USGS, 225

20

あることが分

characteristics of commercial sheet muscovite in25.

the southeastern United States, USGS, 225

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

図1. 照射時間とART面密度の関係

図 1. 照射時間と ART ⾯密度の関係

グ温度と時間ニーリングとれることが⽰⽐較したとこ然の ART よは 241Am から成される。⼀Th からそれ複数壊変を起を形成すると以前に産出しRichard and

図2. アニーリング時間とARTサイズの関係

図 2. アニーリング時間と ART サイズの関係

験の結果から、

34℃)で⻑期

結論づけられ21

ズ分布を⽐較したとこ
壊変を起の⽅が天然の ART よ

成するとな ART は 241Am からにより形成される。⼀に産出し、235U、232Th からそれ

ard and

図 2. アニーリング時間と ART サイズの関係

Pb へと複数壊変を起

結果から、トラックを形成するとブリア紀以前に産出し)で⻑期す る と (Richard and

づけられ

図 2. アニーリング時間と ART サイズの関係

リング実験の結果から、

度(27℃~34℃)で⻑期であると結論づけられ
雲⺟以外

すること

確⽴により、雲⺟以外

⽤により特性を評価することルコンへの適⽤によりれる。

発展が期待される。
図3. アニーリング実験のアレニウスプロット

図 3. アニーリング実験のアレニウスプロット
図 3. アニーリング実験のアレニウスプロットョン・トラック・ニュ
ク・ニュ

22

表1. 天然のARTが3~4µm²なるまでの推定期間
表 1. 天然のART が 3~4㎛²なるまでの推定期間

表 1. 天然の ART が 3~4 ㎛²なるまでの推定期間

W. L. (1950), PhysicalT em perature (℃)

Physical0em perature25.(℃)
ial sheet muscoviteTin

E stim ated period (10⁸ year)

9 od (10⁸ year)
E stim ated 79.
periates, USGS,
covitein 22525.0 26.0

59.6

225

26.0 28.0

59.
33.
2 6

79.9

27.0

44.4

27.0 29.0
28.0

24.
9 4
44.

30.0

18.7

31.0

14.1

33.2

29.0 32.0

24.
10.
6 9

30.0 33.0
31.0

8.18.
0 7

34.0

6.1

35.0

4.6

14.1

32.0

10.6

33.0

8.0

34.0

6.1

35.0

22

4.6