В Японии с помощью неразрушающего анализа отрицательными мюонами на J-PARC выявлена структура с высоким содержанием золота в поверхностном слое чешуи золотого шахо замка Нагоя

Объединённая исследовательская группа, состоящая из Организации по исследованию ускорителей высоких энергий (KEK), Центра J-PARC, Исследовательского центра замка Нагоя и Национального музея природы и науки, провела неразрушающий глубинный анализ семи сохранившихся чешуек золотого шахо на главной башне замка Нагоя с использованием пучка отрицательных мюонов на установке MLF (Materials and Life Science Experimental Facility) комплекса J-PARC. Было подтверждено, что пять из этих чешуек имеют слоистую структуру с повышенным содержанием золота в диапазоне примерно 10 микрометров от поверхности.

Золотой шахо на главной башне замка Нагоя был в значительной степени уничтожен во время воздушного налёта в 1945 году, однако часть чешуек была спасена и сохранилась до наших дней. Ранее исследователи проводили анализ этих чешуек с помощью рентгенофлуоресцентного анализа, но результаты показали, что некоторые чешуйки, имеющие яркий золотистый внешний вид, не обязательно обладают высоким средним содержанием золота. Исследовательская группа пришла к выводу, что золотистый блеск, воспринимаемый человеческим глазом, в основном определяется составом поверхности, тогда как традиционный рентгенофлуоресцентный анализ отражает усреднённую информацию в определённом диапазоне глубин, поэтому необходимо было получить более детальную картину распределения золота и серебра от поверхностного слоя до внутренних областей.

В данном исследовании был применён метод анализа с использованием отрицательных мюонов. Отрицательные мюоны позволяют изменять глубину остановки в материале путём регулировки импульса пучка, а после захвата атомами испускают характеристическое мюонное рентгеновское излучение, зависящее от элемента. Благодаря этому исследователям удалось измерить распределение золота и серебра от поверхности до внутренних слоёв чешуек без разрезания или соскабливания образцов.

Результаты показали, что, за исключением точек измерения 5 и 11, в остальных пяти точках в приповерхностной области наблюдалась тенденция к повышению концентрации золота: концентрация золота вблизи поверхности составляла примерно от 65% до 90% (по массе), при этом конкретные значения различались в зависимости от происхождения и состояния образца. В одной из точек измерения после усреднения результатов по отрицательным мюонам на глубине примерно 13 микрометров концентрация золота составила 77±0,12 мас.%, что согласуется со значением 76±0,8 мас.%, полученным методом рентгенофлуоресцентного анализа. Это указывает на то, что оба метода отражают информацию с разных глубин, но результаты согласуются между собой.

Исследование также показало, что в одном участке, предположительно подвергавшемся поздней реставрации, концентрация золота оставалась практически стабильной на уровне примерно 82–84 мас.% и почти не изменялась с глубиной, тогда как в нереставрированных участках наблюдалась более высокая концентрация золота ближе к поверхности. Это свидетельствует о том, что глубинный анализ с помощью отрицательных мюонов позволяет не только выявлять различия на поверхности, но и улавливать особенности внутренней структуры материала и следы реставрационных работ.

Исследовательская группа полагает, что эти результаты указывают на возможность того, что в прошлом чешуйки золотого шахо могли подвергаться определённой поверхностной обработке с целью повышения содержания золота в приповерхностном слое и усиления золотистого блеска. Данный метод также демонстрирует потенциал применения технологии отрицательных мюонов в исследованиях культурного наследия, позволяя без повреждения ценных артефактов анализировать технологии изготовления и историю реставрации изделий из золота и серебра, монет, ювелирных украшений, позолоченных и цветных исторических предметов.