日本J-PARC利用负μ子无损分析揭示名古屋城金鯱鳞片表层富金结构

日本高能加速器研究机构(KEK)、J-PARC中心、名古屋城研究中心和国立科学博物馆等组成的联合研究团队，利用J-PARC材料与生命科学实验装置(MLF)的负μ子束，对名古屋城天守阁金鯱现存的7片鳞片进行了非破坏性深度分析，确认其中5片鳞片在距表面约10微米范围内存在金含量较高的层状结构。

名古屋城天守阁上的金鯱在1945年空袭中大部分被毁，部分鳞片被抢救并保存至今。此前，研究人员曾利用X射线荧光分析检测这些鳞片，但结果显示，一些外观呈亮金色的鳞片并不一定具有很高的平均金含量。研究团队认为，人眼感知到的金色光泽主要受表面成分影响，而传统X射线荧光分析反映的是一定深度范围内的平均信息，因此需要进一步了解金、银元素在表层至内部的分布情况。

此次研究采用负μ子分析方法。负μ子可通过调节束流动量改变其在材料中的停止深度，并在被原子俘获后发射与元素相关的μ子特征X射线。研究人员据此在不切割、不刮取样品的前提下，测量了鳞片从表面到内部的金、银分布。

结果显示，除5号和11号测点外，其余5个测点在近表面区域均呈现金浓度升高趋势，近表面金浓度约为65%至90%(重量百分比)，具体数值因样品来源和状态而不同。在其中一个测点，将负μ子结果按约13微米深度进行平均后，得到金浓度为77±0.12 wt%，与X射线荧光分析测得的76±0.8 wt%相吻合，说明两类方法反映的信息深度不同，但结果具有一致性。

研究还发现，一处疑似后期修复区域的金浓度基本稳定在82%至84 wt%左右，几乎不随深度变化;而未修复区域则表现出越靠近表面金浓度越高的特征。这表明负μ子深度分析不仅能识别表面差异，也能捕捉材料内部结构和修复痕迹的不同。

研究团队认为，这些结果提示，历史上金鯱鳞片可能曾经过某种表面处理，以提高近表层金含量并增强金色光泽。该方法也展示了负μ子技术在文化遗产研究中的应用潜力，可用于在不损伤珍贵文物的情况下，解析金银制品、钱币、珠宝、镀金和彩色历史文物的制作工艺及修复历史。