日本刀的科學鑑定——X射線、CT、螢光X射線分析所揭示的鍛造秘密

科學「解讀」日本刀的時代

日本刀的鑑定長久以來依靠熟練者的眼力與經驗——透過觀察地肌、刃文、姿態、莖的鏽色進行目視鑑定。然而自20世紀後半葉起，物理學與化學分析技術的進步，使得以非破壞方式解析日本刀內部結構的技術急速發展。2026年現在，科學分析已成為博物館館藏刀劍調查、真偽鑑定及製法研究不可或缺的工具。

本文介紹日本刀科學鑑定中所使用的主要分析手法及其發現。各代表性手法整理如下。

X射線透射攝影——可視化不可見的內部結構

最基礎的科學分析手法是X射線透射攝影。一般攝影利用光的反射，而X射線具有穿透物質的性質，因此能夠可視化刀身的截面結構、內部裂紋及修復痕跡。

日本刀X射線攝影所揭示的最重要資訊，是「折返鍛鍊的層狀結構」。將玉鋼反覆折返鍛鍊的工程，使鋼板內部形成層狀結構。這些層次雖可從刃文與地肌的觀察中得到一定程度的推測，但X射線攝影能更精確地掌握內部層狀分布的情況。

此外，X射線對修復痕跡的檢測也十分有效。經過後世改造的刀劍——如磨上（縮短莖的加工）、刃先重新燒刃等——會以內部密度分布不均的模式被檢出。這類資訊也為銘的真偽判斷提供了重要依據。

CT斷層攝影——3次元內部結構解析

作為X射線透射攝影的進化形態，利用CT（電腦斷層攝影）進行3次元解析的技術近年來急速普及。CT掃描是一種從不同角度以X射線拍攝物體、再以電腦處理生成斷層面影像的醫療技術，同一技術亦已應用於文化財調查。

日本刀CT解析中特別受矚目的成果，是「造込結構的可視化」。將心鐵（shingane）、皮鐵（kawagane）、刃鐵（hagane）等不同含碳量鋼材組合而成的複合結構，以傳統目視方式難以確認，但透過CT解析，其接合面與分布得以清晰呈現。

理化學研究所與東京國立博物館共同實施的調查中，亦有案例發現：國寶刀劍的CT解析結果顯示，實際的複合鋼材配置遠比傳統鑑定所推定的更為複雜。科學數據更新了百年來「依循傳承的認知」。

螢光X射線分析（XRF）——從元素組成特定產地

螢光X射線分析（XRF：X-ray Fluorescence）是一種向物質照射特定波長X射線，透過測量所放出的二次X射線（螢光X射線）來非破壞性分析元素組成的技術。

日本刀的螢光X射線分析揭明，鋼中所含下列微量元素的含量比例因產地而異。

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

特別重要的發現是「砂鐵產地與鋼的微量元素的對應關係」。奧出雲（島根縣）踏鞴製鐵所用的砂鐵，與備前、美濃所用的砂鐵，其鈦與釩的含量比例有所差異。這種差異經確認在鍛造後的刀劍中仍微量殘存，成為特定產地的科學依據。

在真偽鑑定的應用上，古刀（南北朝以前）、新刀（江戶）、昭和刀（機械製）的鋼元素組成顯著不同。使用昭和電爐鋼所製的偽銘刀，其元素比例與古代、近世的玉鋼不符，因此可透過XRF分析加以鑑別。

電子顯微鏡、EBSD分析——解析鋼組織的微細結構

結合掃描電子顯微鏡（SEM）與電子背向散射繞射（EBSD：Electron Backscatter Diffraction），可在微細尺度下觀察鋼的結晶組織。麻田散鐵、肥粒鐵、波來鐵等各組織的分布得以可視化。

在微細組織層次上揭明刃文（hamon）——匂（nioi）與沸（nie）——之本質的研究，是刀劍研究中劃時代的成果。「沸（nie）」在肉眼下亦可見其粒狀光澤，但在電子顯微鏡觀察下，已確認其為直徑數十微米的麻田散鐵粒子集合體。

東京工業大學的研究小組對古刀、新刀、現代刀的刃文樣本進行了EBSD分析，並定量化了不同時代、流派的結晶組織差異。這項研究備受矚目，是為傳統上被認為憑「感覺」欣賞的刃文提供科學依據的嘗試。

科學鑑定的局限性與人眼的不可或缺

科學分析為日本刀研究帶來革命的同時，其局限性也受到認識。X射線與CT可視化內部結構，但無法從中導出「這把刀是否美麗」的美學判斷。螢光X射線即使顯示出產地的傾向，「這把刀是否為長義之作」的作者歸屬最終判斷，仍然有賴於專家的經驗。

科學縮小假說的範圍、檢測不一致之處，並提供客觀數據。然而日本刀的「價值」由傳統的鑑賞眼光與美意識綜合評定。科學鑑定與目視鑑定並非對立，而是相互補充的關係。現代的最尖端研究持續探索整合兩者的方式。