Name: Mediciones de carbono del suelo por neutrón-Gamma análisis en estática y modos de exploración (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Aprende a medir carbono del suelo in situ mediante análisis de dispersión inelástica de neutrones en modo estático y de exploración. Esta técnica no destructiva permite evaluar grandes volúmenes de suelo en los primeros 10 cm de profundidad.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Los autores están en deuda a Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch y Siegford de Marlin para asistencia técnica en mediciones experimentales y a Jim Clark y Dexter LaGrand ayuda con simulaciones de computadora. Agradecemos a XIA LLC para permitir el uso de detectores y la electrónica en este proyecto. Este trabajo fue apoyado por NIFA ALA investigación contrato Nº ALA061-4-15014 "Geoespacial cartografía de precisión del contenido de carbono del suelo para el manejo agrícola de la productividad y el ciclo de vida".

1. construcción del sistema de INS <ol><li>usar la geometría del sistema INS general se muestra en la figura 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> figura 1. INS sistema geometría. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<ol start="2"> <li>utilizar el diseño del sistema INS se muestra en la figura 2. 10</li></ol> <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig2.jpg" /> figura 2. Resumen del sistema INS. 
A) primer bloque contiene generador del neutrón, detector de neutrones y del sistema de poder; B) segundo bloque contiene tres detectores de NaI (Tl); C) tercer bloque contiene equipo para la operación del sistema; D) vista general del primer bloque que muestra los componentes individuales; y E) cerrar vista de los detectores gamma. 10 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg" target="_blank"> por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<ol start="3"> <li>utilizar tres bloques en el sistema de INS (ver Apéndice).
	<ol><li>Para el primer bloque (A), utilice un generador de neutrones (NG) y sistema de alimentación ( figura 2A y 2D). Neutrón pulsado de este generador producirá 10 7 - 10 8 n/s con energía de neutrones del MeV 14. El sistema de energía consistirá en cuatro baterías (12 V 105 Ah), un inversor DC-AC y cargador. Este bloque también contiene hierro (10 cm x 20 cm x 30 cm) y ácido bórico (5 cm x 20 cm x 30 cm) de protección para proteger el detector gamma de irradiación de neutrones. 
		Nota: Un detector de neutrón también se incluye en este bloque para comprobar que funciona correctamente el NG.</li>
		<li>Para el segundo bloque (B), utilizar equipos de medición de rayos gamma ( figura 2B y 2E). Este bloque contiene detectores de NAI (TL) de centelleo tres 12,7 x 12,7 cm x 15,2 cm con electrónica correspondiente. El tamaño exterior de los detectores con electrónica mide 15,2 x 15,2 cm x 46 cm.</li>
		<li>Para el tercer bloque (C), utilizar una computadora portátil que controla el generador de neutrones (con software DNC), detectores y sistema de adquisición de datos ( figura 2).</li>
	</ol></li></ol> 2. PRECAUCIÓN y necesidades personales <ol><li>que cada usuario de la formación radiológica INS sistema paso.</li>
	<li>Asegurarse de que cada persona que utilice el NG lleva un monitoreo de radiación de la divisa. Durante las mediciones, el límite de área restringida (&#62; 20 μSv/h) alrededor de la NG tendrá el símbolo de radiación con las palabras &#34; PRECAUCIÓN, radiación área. &#34; todos los bordes de la zona restringida será no menos de 4 m de la GN.</li>
	<li>En caso de emergencia, inmediatamente Presione la &#34; interrumpir la emergencia &#34; el botón de la NG, quitar la llave de la NG y desenchufe el NG de la fuente de energía.</li>
</ol> 3. Elaboración de INS sistema de medición <ol><li>Compruebe el sistema de alimentación. El indicador de nivel de energía del cargador será verde, o deben iluminar más de 3 luces rojas. Si no, conecte el cargador a una toma de corriente y espere hasta que las baterías se cargan completamente (la lámpara verde se ilumina) o hasta alcanza un nivel de potencia aceptable (&#8805; 3 luces rojo se iluminarán).</li>
	<li>Encienda el inversor (lámpara verde se ilumina) y ordenador portátil.</li>
	<li>Ejecutar el programa de adquisición de datos en el ordenador portátil para operar los detectores gamma y compruebe los parámetros requeridos para cada detector. Los valores de estos parámetros serán definidos y registrados previamente en la prueba del sistema de INS.
	<ol><li>Colocar una fuente de control de Cs-137 (cualquier tipo) dentro de los 5-15 cm de los detectores.</li>
		<li>Iniciar la adquisición de espectros de 1-3 min; Compruebe los centroides de las 662 keV pico de Cs-137 para todos los detectores. Deben estar en el mismo canal. Si no, utilice la escala de coeficiente de energía del programa de adquisición de datos cambiando el valor para ajustar los centroides de pico 662 keV.</li>
	</ol></li> <li>Encender la NG, utilizando la llave especial. Indicador en el NG se encenderá el verde y amarillo.</li>
</ol> 4. Calibración del sistema de INS <ol><li>4 preparar hoyos de tamaño 1,5 x 1,5 m x 0,6 m con mezclas de arena-carbono homogéneos ( figura 3). Contenido de carbono es 0, 2.5, 5 y 10% w. 
	Nota: Un mezclador de concreto se utiliza para hacer suelo sintético compuesto de cáscara de coco y arena de construcción (100% carbono contenido, promedio del diámetro granular &#60; 0,5 mm). Homogeneidad de estas mezclas se determina visualmente.</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig3.jpg" /> figura 3. Vista del hoyo con arena y hoyo con 10 Cw % arena carbón mezcla. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg" target="_blank"> haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<ol start="2"> <li>tomar medidas sobre los hoyos de los siguientes pasos.
	<ol><li>Coloque el sistema de INS sobre el hoyo manualmente o por remolque con un vehículo adecuado. Coloque el sistema de INS tal que la proyección de la fuente de neutrones está centrada en el hoyo.</li>
		<li>Ejecutar el software DNC en el ordenador portátil que funciona el generador de NG. En la columna de fallos en el lado derecho de la pantalla de programa DNC, todas las lámparas iluminarán de verde; Si no es así, haga clic en el botón borrar. Introduzca los siguientes parámetros: pulso parámetros - frecuencia de 5 kHz, ciclo de trabajo 25%, retardo 0 μs, extensión 2 μs; para viga - alta tensión de 50 kV, viga actual 50 μA (nota que estos parámetros pueden ser diferentes dependiendo de la configuración particular del sistema de INS y tarea).
		<ol><li>Activar el interruptor en la pantalla de programa DNC y esperar a que el NG entrar en el régimen de trabajo donde el alto voltaje y corriente de rayo vendrá a estable de valores correspondientes a los valores introducidos; Depósito actual también llegará a un valor estable.</li>
		</ol></li> <li>Ejecutar el software de adquisición de datos en el ordenador portátil para operar los detectores gamma. Iniciar la adquisición de espectros ejecutando el programa de adquisición de datos durante 1 hora. Los procesos de adquisición de dos espectros (INS &#38; CNC y CNC) aparecerá en la pantalla.</li>
		<li>Después de 1 h, detener la adquisición de espectros y guardar espectros en el disco duro (archivo | Guardar datos MCA | elige la carpeta y escriba el nombre de archivo. 
		Nota: Habrá dos espectros guardados (TNC y INS) con extensiones de nombre de archivo .mca y _gated.mca, respectivamente).</li>
		<li>Seleccionar segundo detector (haga clic en la flecha en la esquina superior izquierda) y guardar los espectros para este detector. Lo mismo para el tercer detector.</li>
		<li>Haga clic en archivo | Salida para cerrar el programa.</li>
		<li>Desactivar el software DNC girando el interruptor en la pantalla de programa DNC.</li>
		<li>Repetir los pasos 4.2.1 - 4.2.7 para los otros hoyos.</li>
		<li>Apagar el NG por utilizando la llave especial. La lámpara indicadora en el NG a DIM</li>
	</ol></li> <li>Determinar los espectros de fondo del sistema de INS elevando todo el sistema de INS a una distancia superior a 4 m sobre la superficie del suelo y lejos de cualquier objeto grande y repita los pasos de adquisición de datos 4.2.2 - 4.2.9.</li>
	<li>Informática <ol><li>usa un programa de hoja de cálculo para abrir archivos de datos que guardó en el paso 4.2.4. Encuentra los valores de salida y entrada de las tasas de recuento (ICR y OCR) y en tiempo real (RT) en filas 28, 27 y 30, respectivamente.</li>
		<li>Calcular el tiempo de vida (LT) para INS &#38; CNC y espectros TNC para todas las mediciones como LT = OCR / ICR ·RT (1), donde OCR y ICR son las tarifas de salida y entrada de la cuenta para la medición de la i-ésima y RT es real tiempo de la medida i-th.</li>
		<li>Calcular los espectros gamma en cuentas por segundo (cps) dividiendo los espectros (filas 33-2080 en la hoja de cálculo) por el teniente correspondiente</li>
		<li>Calcular los espectros de INS netos de las mediciones correspondientes para cada hoyo como 
		Red INS espectro = (INS &#38; TNC - TNC) Pit - (INS &#38; TNC - TNC) Bkg (2)</li> <li>encontrar la gamma picos 1,78 MeV (28 Si) y 4,44 MeV (12 C) en el espectro de INS neto para cada hoyo y calcular las áreas de pico (pico de 4,44 MeV C área, área de pico Si de 1,78 MeV) utilizando el software de IGOR.
		<ol><li>Abierto el software haciendo doble clic en el icono. Insertar el primer espectro de INS neto en la tabla.</li>
			<li>Haga clic en Windows | Nuevo gráfico | De destino | &#34; nombre de archivo &#34; | Hazlo. El espectro aparece en la ventana de gráfico. Haga clic en gráfico | Mostrar información. Las ventanas con una y los marcadores B aparece bajo la ventana de gráfico.</li>
			<li>Puntero de lugar en la muestra A, pulse el botón izquierdo del ratón y arrastre el cursor al espectro en lado izquierdo del pico de 1,78 MeV. Coloque el puntero del ratón en la muestra B, pulse el botón izquierdo del ratón y arrastre el cursor para el espectro del lado derecho del pico de 1,78 MeV.</li>
			<li>Haga clic en análisis | Ajuste múltiple pico | Iniciar nuevo ajuste multi-pico | De destino | Continuar. En la ventana emergente marcado uso gráfico Cursor | Base lineal | Función de localización automática de picos ahora | Hacerlo | Resultados picos. El área del pico aparece en la ventana emergente.</li>
			<li>Repita las mismas operaciones para pico de 4,44 MeV.</li>
			<li>Repetir todas las operaciones anteriores con los restantes espectros de INS red.</li>
		</ol></li> <li>Encontrar el carbono neto áreas de pico para cada hoyo por la ecuación neto C pico área = 4,44 MeV C pico zona - 0.058 · MeV 1,78 Si pico zona (3)</li> <li>construir la línea de calibración para el sistema del INS como un apoyo directo ORTIONAL dependencia de la zona de máxima neta de carbono vs concentración de carbono expresada en % de peso.
		<ol><li>Abrir la tabla nueva en software IGOR: haga clic en ventana | Nueva tabla. Introduzca los valores de concentración de carbono hoyo en la primera columna y el área de pico de C Net correspondiente en la segunda columna.</li>
			Hoyo de <li>trama de la red C pico área vs concentración de carbono: haga clic en Windows | Nuevo gráfico. Elegir zona de pico de C Net como YWave y las concentraciones de carbono como XWave. Haga clic en hacerlo. Los puntos aparecen en el gráfico.</li>
			<li>Construir la recta de calibrado: haga clic en análisis | Ajuste de la curva | Función - línea | De destino | Hazlo. La línea de calibración y el coeficiente de calibración (k) aparecerá en la ventana de.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 5. Realización de mediciones de suelo de campo en modo estático <ol><li>preparar el INS sistema de medición según el paso 3.</li>
	<li>Coloque el sistema sobre el sitio que requieren análisis de contenido de carbono de suelo manualmente o por uso adecuado vehículo de remolque. Coloque el sistema de INS tal que la proyección de la fuente de neutrones está centrada sobre el sitio se mide.</li>
	<li>Implementar acciones siguiendo pasos 4.2.2 - 4.2.9 y 4.4.1 - 4.4.6 para la determinación de áreas de pico C neto para los sitios de estudio.</li>
	<li>Calcular la concentración de carbono en % de peso utilizando el coeficiente de calibración como 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg" /></li></ol> 6. realización de mediciones de suelo de campo en el modo de exploración <ol><li>estimar la ruta que recorrerá el sistema del INS sobre el campo mientras representa la velocidad de desplazamiento (&#8804; a 5 km/h), campo tamaño, INS sistema huella (radio de ~ 1 m) y tiempo de medición (1 h) tal que la trayectoria de movimiento eventualmente cubre el área entera. Para mayor comodidad, lugar banderas en convertir los puntos del perímetro del campo.</li>
	<li>Preparar el INS sistema de medición según el paso 3.</li>
	<li>Implementar acciones siguiendo pasos 4.2.2 - 4.2.3.</li>
	<li>Seguir el camino de recorrido predeterminado de 1 h.</li>
	<li>Implementar acciones siguiendo pasos 4.2.4 - 4.2.9 y 4.4.1 - 4.4.6 para la determinación de áreas de pico C neto del campo estudiado.</li>
	<li>Calcular la concentración de carbono en % de peso utilizando el coeficiente de calibración por la ecuación 4.</li>
</ol>

<ol><li>Potter, K. N., Daniel, J. A., Altom, W., Torbert, H. A. <a target="_blank" href="http://www.jswconline.org/content/56/3/233.abstract">Stocking rate effect on soil carbon and nitrogen in degraded soils.</a> J. Soil Water Conserv. 56, 233-236 (2001).</li>
<li>Torbert, H. A., Prior, S. A., Runion, G. B. <a target="_blank" href="http://www.jswconline.org/content/59/1/1.abstract">Impact of the return to cultivation on carbon (C) sequestration.</a> J. Soil Water Conserv. 59 (1), 1-8 (2004).</li>
<li>Stolbovoy, V., Montanarella, L., Filippi, N., Jones, A., Gallego, J., Grassi, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aStolbovoy%2C+V+%22Soil+sampling+protocol+to+certify+the+changes+of+organic+carbon+stock+in+mineral+soil+of+the+European+Union.+Version+2%22">Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2</a>. , Office for Official Publications of the European Communities. Luxembourg. ISBN: 978-92-79-05379-5 (2007).</li>
<li>Smith, K. E., Watts, D. B., Way, T. R., Torbert, H. A., Prior, S. A. <a target="_blank" href="https://www.ars.usda.gov/ARSUserFiles/60100500/csr/ResearchPubs/prior/prior_12i.pdf">Impact of tillage and fertilizer application method on gas emissions (CO2, CH4, N2O) in a corn cropping system.</a> Pedosphere. 22 (5), 604-615 (2012).</li>
<li>Seybold, C. A., Mausbach, M. J., Karlen, D. L., Rogers, H. H. Quantification of soil quality. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSeybold%2C+CA+%22Soil+processes+and+the+carbon+cycle%22">Soil processes and the carbon cycle</a>. Lal, R., Kimble, J., Stewart, B. A. , CRC Press. Boca Raton, FL. 387-404 (1997).</li>
<li>Nelson, D. W., Sommers, L. E. Total carbon, organic carbon, and organic matter. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNelson%2C+DW+%22Methods+of+Soil+Analysis.%2C+Part+3%2C+Chemical+Methods%22">Methods of Soil Analysis., Part 3, Chemical Methods</a>. Sparks, D. L. , SSSA and ASA. Madison, WI. 961-1010 (1996).</li>
<li>Wielopolski, L. Nuclear methodology for non-destructive multi-elemental analysis of large volumes of soil. <a target="_blank" href="https://www.intechopen.com/books/planet-earth-2011-global-warming-challenges-and-opportunities-for-policy-and-practice">Planet Earth: Global Warming Challenges and Opportunities for Policy and Practice</a>. Carayannis, E. , ISBN: 978-953-307-733-8 (2011).</li>
<li>Wielopolski, L., Yanai, R. D., Levine , C. R., Mitra, S., Vadeboncoeur, M. A. <a target="_blank" href="http://scholars.unh.edu/ersc/14/">Rapid, non-destructive carbon analysis of forest soils using neutron-induced gamma-ray spectroscopy.</a> Forest Ecol. Manag. 260, 1132-1137 (2010).</li>
<li>Mitra, S., Wielopolski, L., Tan, H., Fallu-Labruyere, A., Hennig, W., Warburton, W. K. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/4089173/">Concurrent measurement of individual gamma-ray spectra during and between fast neutron pulses.</a> Nucl. Sci. 54 (1), 192-196 (2007).</li>
<li>Yakubova, G., Wielopolski, L., Kavetskiy, A., Torbert, H. A., Prior, S. A. <a target="_blank" href="http://journals.lww.com/soilsci/Abstract/2014/12000/Field_Testing_a_Mobile_Inelastic_Neutron.1.aspx?trendmd-shared=%25SPONSORED%25">Field testing a mobile inelastic neutron scattering system to measure soil carbon.</a> Soil Sci. 179, 529-535 (2014).</li>
<li>Yakubova, G., Kavetskiy, A., Prior, S. A., Torbert, H. A. <a target="_blank" href="http://vzj.geoscienceworld.org/content/15/2/vzj2015.04.0056">Benchmarking the inelastic neutron scattering soil carbon method.</a> Vadose Zone J. 15 (2), (2016).</li>
<li>Knoll, G. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKnoll%2C+GF+%22Radiation+Detection+and+Measurement%22">Radiation Detection and Measurement</a>. , 3rd, Inc. John Willey & Sons. New York. (2000).</li>
<li>Mitra, S., Dioszegi, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900212008315">Unexploded Ordnance identification - A gamma-ray spectral analysis method for Carbon, Nitrogen and Oxygen signals following tagged neutron interrogation.</a> Nucl. Instrum. Meth. A. 693, 16-22 (2012).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Partiendo de la base establecida por los investigadores anteriores, el personal NSDL abordó preguntas fundamentales para el uso práctico y exitoso de esta tecnología sobre el terreno del mundo real. Inicialmente, los investigadores NSDL demostraron la necesidad de tener en cuenta la señal de fondo del sistema de INS al determinar las áreas de pico netos de carbono. 11 otro esfuerzo demostró que el área de pico de carbono neto caracteriza el porcentaje de peso media de carbono en la capa de suelo s...

Conocimiento del contenido de carbono del suelo es necesaria para la optimización de la productividad y rentabilidad, entender el impacto de las prácticas de uso de tierras agrícolas en los recursos de suelo y evaluación de estrategias de secuestro de carbono1, 2,3,4. Carbono del suelo es un indicador universal de suelo calidad5. Varios métodos han sido desarrollados para la medición de carbono del suelo. Combustión seca (DC) ha sido el método más ampliamente utilizado para los años6; Este método se basa en la recolección de muestras de campo y procesamiento de laboratorio y medición que es destructivo, trabajo intensivo y consume mucho tiempo. Dos nuevos métodos son la espectroscopía de descomposición inducida por láser y cerca y espectroscopia infrarroja7. Estos métodos también son destructivos y solo analizan la capa de suelo muy cerca de la superficie (profundidad de suelo de 0.1 - 1 cm). Además, estos métodos sólo producen punto de mediciones de contenido de carbono para volúmenes de muestra pequeños (~ 60 cm3 para el método de DC y 0.01-10 cm3 para los métodos de espectroscopia de infrarrojo). Estas mediciones de punto hacen difícil extrapolar resultados a escalas de campo o paisaje. Puesto que estos métodos son destructivos, mediciones recurrentes también son imposibles.
Investigadores anteriores en el laboratorio nacional de Brookhaven sugieren aplicar tecnología de neutrones para suelo carbono análisis (método de INS)7,8,9. Este esfuerzo inicial desarrolló la teoría y la práctica de utilizar análisis de gamma de neutrones para la medición de carbono del suelo. A partir de 2013, este esfuerzo fue continuado en el USDA-ARS nacional suelo dinámica de laboratorio (NSDL). La expansión de esta aplicación tecnológica en los últimos 10 años es debido a dos factores principales: la disponibilidad de generadores de neutrones comerciales relativamente baratos, los detectores gamma y electrónica correspondiente con el software; y estado del arte bases de datos de referencia de interacción de neutrones núcleos. Este método tiene varias ventajas sobre otros. Un sistema de INS, colocado en una plataforma, podría ser maniobrado sobre cualquier tipo de campo que requiere medición. Este método no destructivo in situ puede analizar los volúmenes de suelos grandes (~ 300 kg) que pueden ser interpolados a un campo totalmente agrícola utilizando pocas mediciones. Este sistema de INS es también capaz de operar en un modo de análisis que determina el contenido de carbono promedio de un área basado en la exploración sobre una cuadrícula predetermine del campo o paisaje.

<table><tbody><tr><td>Generador de neutrones</td><td>Thermo Fisher Scientific, Colorado Springs, CO DNC software</td><td>MP320</td><td></td></tr><tr><td>Gamma-detector:</td><td></td> <td>na</td><td></td></tr><tr><td>- NaI(Tl) cristal</td><td>Scionix USA, Orlando, FL-</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Electrónica</td><td>XIA LLC, Hayward, CA-</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Software</td><td>ProSpect</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Batería</td><td>Batería Fullriver USA, Camarillo, CA</td><td>DC105-12</td><td></td></tr><tr><td>Inversor</td><td>Nova Electric, Bergenfield, NJ</td><td>Cargador de la serie</td><td></td>CGL 600W</tr><tr><td></td><td>PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN</td><td>PS4</td><td></td></tr><tr><td>Bloque de hierro</td><td>Cualquier</td><td>ácido</td><td></td></tr><tr><td>bórico</td><td>Cualquier</td><td>computadora</td><td></td></tr><tr><td>portátil</td><td>Cualquier</td><td>metal</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL</td><td>&nbsp; MU010-12</td><td></td></tr><tr><td>Arena de construcción</td><td>Cualquiera</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Cáscara de coco</td><td>General Carbon Corp., Patterson, NJ</td><td>GC 8 X 30S</td><td></td></tr><tr><td>Referencia Cs-137 fuente</td><td>Cualquiera</td><td>na</td><td></td></tr></tbody></table>

mediciones de carbono del suelo por neutrón-gamma análisis en estática y modos de exploración

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

La aplicación aquí descrita del neutrón inelástico Dispersión método (INS) para el análisis del carbono del suelo se basa en el registro y análisis de los rayos gamma creado cuando neutrones interactúan con elementos de suelo. Las partes principales del sistema INS son un generador de pulsos de neutrones, detectores gamma de NAI (TL), partida electrónica para separar espectros gamma por los INS y termo-neutrón captura (TNC) procesos y software para la adquisición de espectros gamma y procesamiento de datos. Este método tiene varias ventajas sobre otros métodos que es un método no destructivo en situ que mide la media de carbono contenido en volúmenes grandes de suelo, insignificante se ve afectado por cambios bruscos locales en el carbono del suelo y puede ser utilizado en papelería o modos de exploración. El resultado del método INS es el contenido de carbono de un sitio con una huella de ~2.5 - 3 m2 en el régimen estacionario, o el contenido de carbono promedio de la zona importante en el régimen de exploración. Es la gama de la medida del actual sistema de INS &#62; 1,5% peso de carbón (desviación estándar ± 0.3% w) en la capa de suelo superior 10 cm para un 1 hmeasurement.

Suelo INS &#38; CNC y CNC espectros gamma
Una visión general de los espectros gamma de suelo medido se muestra en la figura 4. Los espectros consisten en un conjunto de picos sobre un fondo continuo. Las principales cumbres de interés tienen centroides en 4,44 MeV y 1,78 MeV en el INS &#38; espectros TNC. El segundo pico puede ser atribuido a los núcleos de silicio contenidos en el suelo, y el primer pico es una su...

Aquí, presentamos el protocolo para la medición en situ de carbono del suelo mediante la técnica de neutrón-gamma para mediciones de punto único (modo estático) o campo promedio (modo de exploración). También describimos la construcción del sistema y elaborar procedimientos de tratamiento de datos.

Mediciones de carbono del suelo por neutrón-Gamma análisis en estática y modos de exploración

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

El objetivo general de este procedimiento es medir el carbono del suelo en sitios específicos o a través de un campo. Este método se basa en la aplicación del análisis de dispersión inelástica de neutrones a la determinación del carbono del suelo. La principal ventaja de esta técnica es que constituye un método no destructivo in situ para medir el carbono del suelo en grandes volúmenes de suelo.El análisis de los rayos gamma generados cuando los neutrones interactúan con los elementos del suelo nos permite medir el carbono del suelo en los primeros 10 centímetros de las capas de suelo. Este método puede utilizarse en modo estacionario en un punto del campo, como una muestra tradicional de suelo, o en modo de escaneo, en el que se mide el carbono promedio del suelo para todo el campo. Antes de trabajar con el sistema INS, obtenga los materiales necesarios para delimitar un área restringida alrededor del generador de neutrones.Verifique que el botón de interrupción de emergencia del generador de neutrones no esté obstruido. Compruebe el indicador del nivel de potencia en el cargador de baterías. Recargue las baterías si hay menos de tres luces rojas encendidas.Una vez que el nivel de potencia sea aceptable, encienda el inversor de potencia y la computadora portátil del sistema. Abra el programa de adquisición de datos. Para cada detector, verifique que el voltaje alto del DAC, el desplazamiento del DAC y el coeficiente de energía del filtro lento coincidan con los valores definidos previamente.Es fundamental para el funcionamiento de todo el sistema INS que todos los detectores se encuentren en condiciones óptimas de trabajo. Luego, coloque una fuente de Cesio-137 a una distancia de cinco a quince centímetros de todos los detectores del sistema. Comience a adquirir espectros y verifique la posición del centroide del pico de 662 kiloelectrón voltios del Cesio-137 en cada detector.Si los centroides no están en el mismo canal, ajuste el coeficiente de energía del filtro lento para llevar los centroides al mismo canal. Los espectros de los tres detectores se resumen después de adquirir los espectros. Por lo tanto, es importante que los picos de interés se coloquen en los mismos canales.Una vez que el sistema esté listo para la calibración, guarde la fuente de Cesio-137. Para iniciar la calibración utilizando pozos con mezclas homogéneas de arena y carbono con contenidos de carbono conocidos, coloque el sistema INS sobre el primer pozo de calibración de manera que la proyección de la fuente de neutrones quede centrada en el pozo. Marque claramente el área restringida con bordes que no estén a menos de cuatro metros del generador de neutrones.Coloque señales de peligro de radiación en el perímetro de esta zona. Utilice la llave para encender el generador de neutrones. Verifique que la lámpara indicadora esté verde.Abra el software de control del generador de neutrones y elimine cualquier fallo. Establezca la frecuencia de pulso, el ciclo de trabajo, el tiempo de retardo y el tiempo de extensión. Luego complete el voltaje y la corriente del haz de neutrones.Activee el generador de neutrones y espere a que las lecturas de voltaje y corriente se estabilicen. Luego, en el software de adquisición de datos, comience a adquirir los espectros. Recolecte datos durante una hora y luego detenga la adquisición.Guarde el espectro adquirido para cada detector y cierre ambos programas. Apague el generador de neutrones con la llave y verifique que la lámpara indicadora se atenúe. Repita el proceso para cada pozo de calibración.Luego importe los datos adquiridos a un programa de hojas de cálculo. Localice las filas que contienen las tasas de conteo de salida, las tasas de conteo de entrada y el tiempo real. A partir de estos valores, calcule las vidas medias para todas las mediciones.Convierta las lecturas gamma a cuentas por segundo utilizando las duraciones de medición. Repita este proceso para cada pozo de calibración. Luego, calcule el espectro neto de INS para cada pozo.Mediante software analítico, visualice el primer espectro neto de INS. Haga clic derecho en el gráfico generado y haga clic en Mostrar información para abrir ventanas con los marcadores A y B. Utilice los marcadores para seleccionar el pico de 1,78 megaelectrón voltios.Abra la función de ajuste de múltiples picos y configure la línea base como lineal y los límites como los cursores del gráfico. Utilice la herramienta para seleccionar automáticamente los picos y determinar el área de los picos. Luego, seleccione el pico de 4.44 megaelectrón voltios y determine el área del pico de la misma manera.Repita este proceso para cada espectro de INS neto. Calcule el área neta del pico de carbono para cada pozo de calibración a partir de estos valores. Represente gráficamente las áreas netas del pico de carbono frente al carbono del pozo.Aplique un ajuste lineal para generar el coeficiente de calibración para el sistema INS. Para realizar mediciones de suelo en campo en modo estático, utilice la misma técnica empleada con los pozos de calibración. Para realizar mediciones de suelo en campo en modo de escaneo, primero diseñe una trayectoria para que el sistema escanee toda el área de interés en una hora.Coloque señales en cada punto de giro a lo largo del recorrido. Inicie la adquisición de datos y mueva el sistema INS a lo largo del recorrido predeterminado a la velocidad adecuada. Una vez completada la adquisición de datos, apague el sistema como se describió anteriormente.Analice los datos y calcule el carbono del suelo para el área escaneada utilizando el coeficiente de calibración. El carbono en la capa superior del suelo se midió con un método tradicional de combustión seca y con el sistema INS en modo estático. Los resultados mostraron buena concordancia y los mapas de distribución de carbono del campo muestreado fueron muy similares para ambos métodos.Se necesitaron aproximadamente dos meses para finalizar las mediciones de combustión seca en el sitio de campo, mientras que las mediciones de INS en modo estático se completaron en dos días. Las mediciones de INS en modo de escaneo se compararon con las mediciones en modo estático realizadas a lo largo de la trayectoria de escaneo. El espectro neto de INS en modo de escaneo coincidió con los espectros en modo estático dentro de los límites del error experimental.Además, los datos del modo de escaneo se adquirieron en una hora, mientras que se tardó cinco horas en recopilar los cinco conjuntos de datos del modo estático. Esta técnica de dispersión inelástica de neutrones debería mejorar considerablemente la capacidad de los investigadores para medir el carbono del suelo en el campo, lo que ayudará a los científicos del suelo a idear estrategias de secuestro de carbono y a desarrollar prácticas de manejo que optimicen la productividad del suelo. La importancia de un método de dispersión inelástica de neutrones frente a un método tradicional de muestreo de suelo radica en aumentar la velocidad de determinación del carbono del suelo y en mejorar la precisión del análisis a nivel de todo el campo.La investigación continúa para ampliar esta técnica a la medición de otros elementos del suelo y a la medición de la humedad del suelo.

measurements-soil-carbon-neutron-gamma-analysis-static-scanning

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

Se ha avanzado en la utilización de la dispersión de incidencia de pastoreo resuelta por eco de espín (SERGIS) como una técnica de dispersión de neutrones para sondear las escalas de longitud en muestras irregulares. Cristalitos de [6,6]-fenil-C61-butírico ácido éster metílico han sido sondeados utilizando la técnica SERGIS y los resultados confirmados por microscopía óptica y de fuerza atómica.

Uso de neutron spin echo resuelto grazing incidencia dispersión para investigar materiales orgánicos de células solares

Este artículo muestra el método basado en cámaras estáticas para la medición del flujo de gases de efecto invernadero de los sistemas del suelo. Con inversiones relativamente modestas en infraestructura, las mediciones se pueden obtener de múltiples tratamientos/ubicaciones y en plazos que van desde horas hasta años.

Medición de Flujo de Gas de efecto invernadero procedentes de los suelos agrícolas Usando cámaras estáticas

Se describe un protocolo en el que se atrapa, cuantifica y analiza la biodegradación delCO2 mineralizado a partir de contaminantes orgánicos (derivados de materias primas de petróleo) para determinar su contenido de 14C. Se desarrolla un modelo para determinar la extensión espacial de la zona de captura de CO2. Las mediciones espaciales y temporales permiten integrar las tasas de mineralización de contaminantes para predecir el alcance y el tiempo de la remediación.

La medición de contaminantes mineralización de base de carbono utilizando combinada CO<sub&gt; 2</sub&gt; flujo y análisis de radiocarbono

Patrones espaciales de la erosión del suelo y deposición pueden ser deducidos de las diferencias en la elevación de la tierra asignada en incrementos de tiempo apropiado. Tales cambios de elevación están relacionados con cambios en carbonatos del suelo cerca de la superficie. Aquí se describen los métodos repetibles para mediciones de campo y de laboratorio de estos métodos de análisis de datos y cantidades.

Medición y mapeo de patrones de erosión y deposición relacionadas las concentraciones de carbonato de suelo bajo manejo agrícola

SOM es la base de muchos procesos y funciones del suelo, pero su caracterización por espectroscopia FTIR es desafiado a menudo por interferencias minerales. El método descrito puede aumentar la utilidad del análisis SOM por espectroscopia FTIR restando interferencias minerales en espectros del suelo usando empíricamente obtenidos espectros de referencia mineral.

Mejorar la caracterización de la espectroscopia infrarroja de materia orgánica del suelo con restas espectrales

Procesos del paisaje son componentes críticos de formación del suelo y desempeñan un papel importante en la determinación de las propiedades del suelo y la estructura espacial en paisajes. Proponemos un nuevo enfoque mediante regresión por componentes principales para predecir la redistribución de la tierra y carbono orgánico del suelo a través de diferentes escalas espaciales.

Uso de componentes principales para el escalado de modelos topográficos a mapa de redistribución de la tierra y el suelo de carbono orgánico

Este protocolo presenta un flujo de trabajo para la visualización sub-mm 2D de múltiples especies de nutrientes inorgánicos de labile y soluto contaminante utilizando gradientes difusos en películas delgadas (DGT) combinados con imágenes de espectrometría de masas. El muestreo soluto y el análisis químico de alta resolución se describen en detalle para el mapeo cuantitativo de solutos en la rizosfera de las plantas terrestres.

Visualización bidimensional y cuantificación de labile, nutrientes vegetales inorgánicos y contaminantes en el suelo

Este manuscrito describe un protocolo para la radiografía de neutrones y la tomografía computarizada de muestras biológicas utilizando una línea de luz CG-1D del reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) para medir un implante metálico en un fémur de rata, un pulmón de ratón y un sistema de raíces / suelo de plantas herbáceas.

Radiografía de neutrones y tomografía computarizada de sistemas biológicos en el reactor de isótopos de alto flujo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge

El método de verificación descrito aquí es adaptable para monitorear el secuestro inorgánico de carbono pedogénico en varios suelos agrícolas modificados con rocas alcalinas que contienen silicato de metal de tierra, como wollastonita, basalto y olivino. Este tipo de validación es esencial para los programas de crédito de carbono, que pueden beneficiar a los agricultores que secuestran carbono en sus campos.

Monitoring Pedogenic Inorganic Carbon Accumulation Due to Weathering of Amended Silicate Minerals in Agricultural Soils.

El fraccionamiento de la densidad del suelo separa la materia orgánica del suelo en distintos grupos con diferentes mecanismos de estabilización, química y tiempos de renovación. Las soluciones de politungstato de sodio con densidades específicas permiten la separación de la materia orgánica particulada libre y la materia orgánica asociada a minerales, lo que resulta en fracciones de materia orgánica adecuadas para describir la respuesta del suelo a la gestión y el cambio climático.

Utilización del fraccionamiento de la densidad del suelo para separar distintas reservas de carbono del suelo

Aprende a medir carbono del suelo in situ mediante análisis de dispersión inelástica de neutrones en modo estático y de exploración. Esta técnica no destructiva permite evaluar grandes volúmenes de suelo en los primeros 10 cm de profundidad.

Mediciones de carbono del suelo por neutrón-Gamma análisis en estática y modos de exploración

Explorar más videos