フィッション・トラック

ニュースレター

第28号

16-18

2015年

Mn, Mg, Fe添加合成方解石のX線によるルミネッセンス形成効率

小形 学*・長谷部徳子*・福士圭介*・藤井直樹**・山川 稔**

Thermoluminescence eﬃciency induced by X-rayin Mn, Mg and Fe doped synthetic calcite
Manabu Ogata*, Noriko Hasebe*, Keisuke Fukushi*,
Naoki Fujii** and Minoru Yamakawa*** 金沢大学，Kanazawa University** 原環センター，RWMC

はじめには，方解石の不純物濃度と熱ルミネッセン炭酸塩鉱物である方解石(CaCO3)は，様々ス特性の関係を明らかにするために，微量な形態で地球上に普遍的に存在する鉱物で元素濃度を調整した方解石を合成し，X線にあり，地球科学的現象や考古学研究を行う

よる熱ルミネッセンス特性を調べた.

ための試料として重要である. 方解石の熱ル方解石の合成

ミネッセンス年代測定には，(1)方解石の年
代 測 定 法 と して 一 般 的 に 用 い ら れ る

方解石合成の基礎試薬として，炭酸ナトリ

230T h -234U 法 の 年 代 測 定 範 囲 を 上 回 る ，ウムと塩化カルシウムを用いた. いくらかの(2)放射性元素に乏しい試料にも適用でき微量元素を持つ方解石を合成するためにカる，といった利点がある.

ル シ ウム 溶 液 に 様 々 な 濃 度 で 微 量 元 素 ，しかし方解石熱ルミネッセンスは石英熱(Mn，Mg，Fe)を添加し，合成を行った. 添

ルミネッセンスと比較し，基礎的な理解が加する元素は1試料につき1つとした. また不十分な点が多く，近年では年代測定に用微量元素を添加しない方解石も合成した. 合いられる例は少ない. 主な問題としては方解成した試料は，粉末X線回折を用いて鉱物同石熱ルミネッセンスと不純物濃度の関係に定を行い方解石であることを確認し，LA-ついて理解が進んでいない事が挙げられる.

ICP-MSを用いて微量元素濃度測定を行った.

方解石熱ルミネッセンス特性は不純物濃度

無添加方解石には試薬由来のMn，Mg，に 強 く 依 存 す る 事 が 報 告 さ れて い る

Feが混入し，その濃度は以下のようであっ(Medlin, 1959)が，それらの定量的な関係た: Mn-0.85ppm，Mg-35ppm，や，放射線の違いによる熱ルミネッセンス

Fe-81ppm.

特性の差については考慮されていない.

合成方解石には試薬由来の意図していない

これまでに，天然炭酸塩を用い化学組成元素が混入することが明らかになったが，を測定するとともに，各種放射線(X線，α各合成方解石間で混入量に大きな差はな線，β線, γ線)によるルミネッセンス形成かったため，添加元素濃度と熱ルミネッセ効率を調査した結果，Mg，Mn，Fe濃度がンス特性の関係を評価する上で，混入の影発光特性に大きく寄与を与える可能性が明響は無視できると考えられる．

らかになった（小形ほか, 2014）. 本研究で方解石に添加された微量元素濃度は以下

16のようになった：

330℃ピークでは10ppmまで，発光量とMn-Mn: 5.3, 54, 610, 5200, 58000 ppm

濃度が相関関係を示し，それ以降は逆相関-Mg: 200, 1600, 12000 ppm

関係を示した．Fe濃度は，420℃ピークを-Fe: 430, 8200, 58000 ppm

除いた全てのピークで発光量と逆相関関係を示した．また，Mg濃度と発光量について熱ルミネッセンス測定の相関は見られなかった．これらの結果よ合成方解石の発光ピーク温度，発光量を測り，方解石熱ルミネッセンスの発光量は，定した. 発光ピーク温度の評価を行うためピーク温度に関わらず，Mnはある量まではに ， M n - 6 1 0 p p m 添 加 方 解 石 を 用 いてアクチベーター(発光量増加要因)として，FeTm-Tstop法 (McKeever, 1980) を行った. まはクエンチャー(発光量抑制要因)としての効た各方解石試料にX線を100Gy照射し，熱果を持つことが明らかになった．

ルミネッセンス測定を行うことで発光量の評価を行った．発光量はTm-Tstop法で求めた謝辞

各ピーク温度で測定した．

本報告は経済産業省の委託事業「放射性加熱速度は1℃/s，測定温度は廃棄物重要基礎技術研究調査」により実施

100-450℃とした．赤色熱ルミネッセンスした研究成果の一部である．またLA-ICP-測定のため，受光波長域を約600-650nmにMS測定の際には荒井章司教授，田村明弘氏

す る 透 過 フィ ル タ ー ( R 6 0 , H OYA +にご協力いただいた．記して感謝する．

IRC-65L, KENKO) を付けた光電子増倍管

文献（浜松フォトニクス，受光波長域:

S.W.S. McKeever. (1980) On the Analysis

300-850nm，ピーク420nm）を使用した．

of Complex Thermoluminescence
Glow-Curves: Resolution into

結果と考察

Individual Peaks. Phys. Atat. Sol. (a)Mn-610ppm添加方解石のピーク温度，は120，170，240，280，330，420℃の

62, 331-340.

6

W.L. Medlin. (1959) Thermoluminescentつであった（図1）．低温度ピークは熱的にProperties of Calcite. The journal of

不安定であるため、本研究では240，280，chemical physics 30 (2) 451-458.

330，420℃の4ピークに着目し評価を行っ

小形学・長谷部徳子・福士圭介・藤井直た．

樹・山川稔・佐藤努・伊藤一充 (2014)

各合成方解石試料の発光量を図2に示す．

方解石の熱ルミネセンス特性. フィッ

240，280，420℃ピークは100ppmまで，ショントラックニュースレター, 第27号,14-16．

17

400"Tm"()

300"
200"
100"
0"
0"

100"

200"
300"
Tstop"()

400"

図1．Tm-Tstop法におけるアニーリング温度Tstopと初期ピーク温度Tm．安定領域がピーク温度を示し,
120, 170, 240, 280, 330, 420℃のピークが認められた．

1000000"240

100000"100000"10000"

10000"

Luminescence"(a.u.)

Luminescence"(a.u.)

1000000"

1000"

100"

Mn
Mg

10"

280

1000"

100"

10"

Fe

1"

1"
0.1"

1"

10"

100"

1000"

0.1"

10000" 100000"

1"

1000000"

100"

1000"

1000000"330

10000" 100000"

420

100000"Luminescence"(a.u.)

100000"Luminescence"(a.u.)

10"

Concentra4on"(ppm)

Concentra4on"(ppm)

10000"

1000"

100"

10000"

1000"

100"

10"

10"

1"

1"
0.1"

1"

10"
100"
1000"
Concentra4on"(ppm)

10000" 100000"

0.1"

1"

10"
100"
1000"
Concentra4on"(ppm)

10000" 100000"

図2．微量元素濃度と発光量．微量元素濃度は方解石に添加した微量元素の濃度を表す．各ピーク(240,280, 330, 420℃)で評価を行った．

18