日本刀（Nihonto）的科學認證：X光、CT與螢光X光分析揭示鍛造的秘密

科學「讀取」日本刀的時代

日本刀鑑定長期以來由熟練從業者的眼睛與經驗進行——觀察jigane、hamon、sugata與nakago銹色的視覺鑑定。然而，從二十世紀下半葉開始，物理與化學分析的進步導致了日本刀內部結構非破壞性分析技術的迅速發展。截至2026年，科學分析已成為博物館典藏刀劍調查、真偽鑑定與製造方法研究中不可或缺的工具。

本文介紹日本刀科學鑑定中使用的主要分析方法及其發現。主要分析方法如下。

X光放射線攝影——可視化隱藏的內部結構

最基本的科學分析方法是X光放射線攝影。普通攝影利用光的反射，而X光具有穿透物質的性質，允許對刀片的截面結構、內部裂紋與修復痕跡進行可視化。

X光成像對日本刀揭示的最重要信息是「折疊鍛造的層狀結構」。重複折疊與鍛造tamahagane的過程在鋼板內創建了層狀結構。雖然這種層狀結構可以在某種程度上從觀察hamon和jigane推斷出來，但X光成像允許更精確地理解內部層狀分佈。

X光也有效檢測修復痕跡。經歷過後期修改（如拋光（nakago的縮短）或刀刃的重新淬火）的刀劍被檢測為內部密度不均勻的圖案。這些信息為確定銘文真偽提供了重要證據。

CT斷層掃描——三維內部結構分析

作為X光放射線攝影的發展，使用CT（計算機斷層掃描）的三維分析近年來迅速普及。CT掃描是一種醫療技術，使用X光從不同角度對物體進行攝影，並通過計算機處理生成斷層影像；這項技術也已應用於文化遺產調查。

CT分析日本刀的特別值得注意的成就是「複合結構的可視化」。將shingane、kawagane與hagane——不同碳含量的鋼鐵材料——結合的複合結構通過傳統視覺觀察難以確認，但CT分析使其接合面與分佈清晰可見。

在RIKEN與東京國立博物館進行的聯合研究中，對國寶級刀劍的CT分析揭示了複雜鋼鐵材料排列不同於傳統鑑定中先前估計的情況。科學數據更新了數百年來積累的「傳統認知」。

螢光X光分析（XRF）——通過元素組成識別起源

螢光X光分析（XRF：X射線螢光）是一種非破壞性分析元素組成的技術，通過將特定波長的X光照射到物質上，並測量發出的二次X光（螢光X光）。

日本刀的螢光X光分析揭示了以下微量元素在鋼中的含量概況因起源而異。

• 鈦（Ti）
• 釩（V）
• 矽（Si）
• 磷（P）
• 硫（S）
• 錳（Mn）

特別重要的發現是「砂鐵來源與鋼中微量元素的對應關係」。用於Okuizumo（島根縣）tatara鐵生產的砂鐵與用於Bizen和Mino的砂鐵中鈦和釩的比例不同。已經確認這種差異在鍛造後以微量形式保留在刀劍中，並用作起源確定的科學證據。

在真偽鑑定應用中，利用了kotou（南北朝時期前）、shintou（江戶時期）與昭和時代（機械製造）刀劍之間鋼元素組成的顯著差異。用昭和時代電爐鋼製造的虛假銘文刀劍的元素比例與古代和近代tamahagane的元素比例概況不符，使得可以通過XRF分析進行區分。

電子顯微鏡與EBSD分析——分析鋼相的顯微結構

掃描電子顯微鏡（SEM）與電子背散射衍射（EBSD：電子背散射衍射）的組合允許在顯微規模上觀察鋼結晶結構。馬氏體、鐵素體與珠光體等相的分佈被可視化。

在顯微結構層面闡明hamon性質的研究——nioi和nie——已成為刀劍研究中的重大成就。「Nie」在肉眼上表現為顆粒狀光澤，已通過電子顯微鏡觀察確認為直徑數十微米的馬氏體粒子集合體。

東京工業大學的研究小組使用EBSD分析了來自kotou、shintou與現代刀劍的hamon樣品，量化了各時期和流派之間結晶結構的差異。這項研究作為嘗試為hamon鑑賞（以前被認為是「主觀的」）提供科學依據而引起了關注。

科學鑑定的局限性與人類觀察的必要性

儘管科學分析為日本刀研究帶來了革命，但其局限性也得到認識。雖然X光與CT可視化內部結構，但美學判斷（如「這把刀美嗎？」）無法從中推導出來。即使螢光X光指示起源的傾向，最終的歸屬確定（如「這把刀是由Nagayoshi製造的嗎？」）仍然交由專家經驗判定。

科學縮小假設、檢測不一致之處並提供客觀數據。然而，日本刀的「價值」通過傳統鑑賞與美學感受力進行綜合評估。科學鑑定與視覺鑑定不是對立的，而是互補的關係。當代尖端研究繼續探索整合兩者的方法。