AMS(加速器質量分析)による放射性炭素年代測定

  • 加速器質量分析(AMS)によって試料のC14を測定します。
  • 加速器質量分析(AMS)では高エネルギーでイオンを加速し質量分析を行います。
  • 試料は分析する際、グラファイトに調製されます。
  • Radiometric法より高価ですが、一般的に高精度で微量の試料での測定が可能です。
  • 地質学、考古学などの他に、海洋学、生物医学の分野でも用いられています。

放射性炭素年代測定の測定方法にはRadiometric-MethodとAMS(加速器質量分析)があります。どちらとも地質試料などのC14濃度を測定する方法です。どちらの方法もシュウ酸などの標準試料を基準にします。どちらの方法も高品質な年代を得ることができますが、技術的な方法が違います。

放射能分析(Radiometric-Method) ではC14の放射性壊変で放出されるβ線を計測するのに対して、加速器質量分析(AMS)ではC14原子を直接計数します。 どちらの方法もそれぞれ長所、短所があります。

AMS(加速器質量分析)

質量分析は、原子量に応じて質量を分析する方法です。しかし質量分析では、同重体(原子番号が異なるが質量が等しい核種:例えば14Cと14N) を区別できません。原子物理学の進歩によって、加速器質量分析法が開発され、同重体を除去し特定の核種のみ分析できるようになりました。これにより放射性炭素年代測定もAMSが盛んに利用されるようになりました。

AMSの装置

AMSによる放射性炭素年代測定では、(1)イオンを高エネルギーで加速し、(2)質量分析を行います。 加速器には主にサイクロトロン加速器とタンデム加速器があります。

タンデム加速器によるC14分析

radiocarbon AMS lab

試料の前処理を行った後、燃焼または酸性化によってCO2を生成し、最終的にグラファイトを調製します。 数ミリグラムのグラファイトを調製後、ターゲットホルダーに充填しAMS測定を行います。 年代測定を行う試料と共に標準試料・バックグラウンド試料なども測定を行います。

セシウムガンからイオンがターゲットに照射され負イオン炭素を生成します。その後、加速器部に導入される前に、インジェクション・マグネット、その他装置を通過します。 この段階で、他の不安定な負イオンは除去されます。負イオン炭素原子は、加速器部に導入され、ガスまたは金属フォイルのストリッパにより陽イオンに変換されます。その際に、同じ質量の分子イオン(13CHなど)は取り除かれます。+3価のイオンのみが選別され、さらに装置を通過して、質量分析を受けます。

質量分析では、磁場を通過することによって、質量を選別します。原子が磁場を通過する際、軽い質量の原子は重い質量の原子よりよく曲がります。C14年代測定のAMSでは、14C、13C、12Cの同位体比を測定します。

AMSによる放射性炭素年代測定の長所

AMSでは、最小で100μg炭素というように、非常に少ない炭素量で測定が可能です。 そのため、ほとんど非破壊に近いような状態での測定が可能です。非常に微量な試料(有孔虫化石、種一粒)などでも測定可能です。
Radiometric-Methodと比較すると、測定にかかる時間も大幅に少なくすみます。
また、Radiometric-Methodと比較すると、高い精度を得ることでき、低バックグラウンドでの測定が可能です。

AMSによる放射性炭素年代測定の短所

Radiometric-Methodに比べ装置・維持コストが高価です。 AMS1器を維持するのには数億円の費用が必要です。

また、微量な試料で測定が可能であることから、逆に汚染をコントロールすることが難しいとい点があります。厳密に管理された環境での前処理、測定が必要です。

AMSの他の分野での利用

考古学、地質学、海洋科学などの調査以外にも、AMSは生体医学の分野において、人為的な14Cをラベルした濃度の高い試料を用いた新薬開発のための実験に利用されています。

また、マイクロドージングを用いた薬物動態研究にも用いられています。

また堆積物の年代測定と同様に、海洋における天然レベルのC14濃度を測定し、溶存無機炭素のC14の三次元的な分布図を作成するためにも用いられています。