Name: Mesures du carbone du sol par Neutron-Gamma analyse statique et Modes de numérisation (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Découvrez la mesure du carbone du sol par analyse neutron-gamma in situ en modes statique et balayage. Cette méthode non destructive permet d'évaluer rapidement les stocks de carbone sur de grandes surfaces agricoles.

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

Les auteurs sont reconnaissants à Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch et Siegford Marlin pour l’assistance technique de mesures expérimentales et à Jim Clark et Dexter LaGrand d’assistance avec des simulations informatiques. Nous remercions XIA LLC pour permettre l’utilisation de leurs détecteurs et électronique dans ce projet. Ce travail a été soutenu par NIFA ALA recherche contrat N° ALA061-4-15014 « Cartographie de geospatial précision de teneur en carbone du sol pour la gestion du cycle de vie et de la productivité agricole ».

1. construction du système INS <ol><li>utiliser la géométrie générale de système INS illustrée à la Figure 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> figure 1. INS système géométrie. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<ol start="2"> <li>utiliser la conception du système INS illustrée à la Figure 2. 10</li></ol> <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig2.jpg" /> figure 2. Vue d’ensemble du système INS. 
A) premier bloc contient le générateur de neutrons, détecteur de neutrons et système d’alimentation ; B) deuxième bloc contient trois détecteurs NaI (Tl) ; C) troisième bloc contient des équipements pour le fonctionnement du système ; D) vue d’ensemble du premier bloc montrant les composants individuels ; et E) gros plan vue des détecteurs gamma. 10 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg" target="_blank"> s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<ol start="3"> <li>utiliser trois blocs dans le système INS (voir annexe).
	<ol><li>Pour le premier bloc (A), utiliser un générateur de neutrons (NG) et le système d’alimentation ( Figure 2 a et 2D). Sortie de neutrons pulsé de ce générateur sera 10 7 - 10 8 n/s avec l’énergie des neutrons de 14 MeV. Le système d’alimentation sera composé de quatre batteries (12V, 105 Ah), un convertisseur DC-AC et un chargeur. Ce bloc contiendra également le fer (10 x 20 cm x 30 cm) et d’acide borique (5 x 20 cm x 30 cm) de blindage pour protéger le détecteur gamma irradiation neutronique. 
		Remarque : Un détecteur de neutrons est également inclus dans ce bloc pour vérifier que le NG fonctionne correctement.</li>
		<li>Pour le deuxième bloc (B), utiliser les équipements de mesure de rayonnement gamma ( Figure 2 b et 2F). Ce bloc contient trois 12,7 x 12,7 cm x 15,2 cm à scintillation Nai (TL) détecteurs électronique correspondant. Le format extérieur des détecteurs avec électronique mesure 15,2 x 15,2 cm x 46 cm.</li>
		<li>Pour le troisième bloc (C), utiliser un ordinateur portable qui contrôle le générateur de neutrons (avec le logiciel DNC), détecteurs et système d’acquisition de données ( Figure 2).</li>
	</ol></li></ol> 2. Prudence et besoins personnels <ol><li>a chaque utilisateur de formation radiologique INS système pass.</li>
	<li>Veiller à ce que chaque personne qui conduisait le NG porte une badge de contrôle des radiations. Lors des mesures, la limite de la zone restreinte (&#62; 20 µSv/h) autour de la NG aura le symbole du rayonnement avec les mots &#34; attention, rayonnement zone. &#34; tous les bords de la zone restreinte sera pas moins de 4 m de la NG.</li>
	<li>En cas d’urgence, immédiatement pousser la &#34; interrompre d’urgence &#34; bouton sur le NG, retirez la clé de la NG et débranchez le NG de la source d’alimentation.</li>
</ol> 3. Préparation du système INS pour mesure <ol><li>vérifier le système d’alimentation. L’indicateur de niveau de puissance sur le chargeur sera vert, ou plus de 3 lampes rouges doivent s’allumer. Sinon, branchez le chargeur sur une prise électrique et attendre que les batteries sont complètement chargées (le voyant vert s’allume) ou jusqu'à ce que soit atteint un niveau de puissance acceptable (&#8805; 3 lampes rouges s’allumera).</li>
	<li>Ouvrir le convertisseur continu-alternatif (le voyant vert s’allume) et ordinateur portable.</li>
	<li>Exécuter le programme d’acquisition de données sur l’ordinateur portable pour actionner les détecteurs gamma et vérifier les paramètres requis pour chaque détecteur. Les valeurs de ces paramètres seront définis et enregistrés précédemment lors des tests de système INS.
	<ol><li>Placer une source de contrôle de Cs-137 (tout type) au sein de 5 à 15 cm les détecteurs.</li>
		<li>Démarrer l’acquisition de spectres pour 1-3 min ; vérifier les centroïdes de la 662 keV pic de Cs-137 pour tous les détecteurs. Ils doivent être sur le même canal. Si non, utilisez l’échelle de Coefficient énergétique du programme d’acquisition de données en modifiant la valeur pour ajuster le centre de 662 gravité keV pic.</li>
	</ol></li> <li>Tourner sur le NG en utilisant la clé spéciale. Le voyant sur le NG s’allume vert et jaune.</li>
</ol> 4. Étalonnage du système INS <ol><li>préparer 4 fosses taille 1,5 x 1,5 m x 0,6 m avec des mélanges de sable-charbon homogènes ( Figure 3). Teneur en carbone est de 0, 2.5, 5 et 10 % de w. 
	Remarque : Une bétonnière est utilisée pour faire sol synthétique composé de coquille de noix de coco et de sable de construction (100 % carbone contenu granulaire diamètre moyen &#60; 0,5 mm). Homogénéité de ces mélanges est déterminée visuellement.</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig3.jpg" /> figure 3. Vue de la fosse avec du sable et Pit avec 10 Cw % de mélange sable-carbone. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg" target="_blank"> s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<ol start="2"> <li>prendre des mesures sur les puits, les étapes suivantes.
	<ol><li>Positionnez le système INS sur la fosse manuellement ou de remorquage avec un véhicule adapté. Positionner le système INS telle que la projection de la source de neutrons est centrée sur la fosse.</li>
		<li>Exécuter le logiciel DNC sur l’ordinateur portable qui actionne le générateur NG. Dans la colonne de failles sur le côté droit de l’écran du programme DNC, tous les voyants seront allume vert ; Si ce n’est pas le cas, cliquez sur le bouton Effacer. Insérez les paramètres suivants : pour les paramètres de l’impulsion - fréquence 5 kHz, duty cycle 25 %, retarder 0 µs, extension 2 µs ; pour le faisceau - haute tension 50 kV, faisceau actuelle 50 µA (à noter que ces paramètres peuvent être différents selon la configuration particulière du système INS et tâche).
		<ol><li>Activer l’interrupteur sur l’écran du programme DNC et attendez que le NG entrer dans le régime de travail où la haute tension et le courant du faisceau viendra à stable de valeurs correspondant à des valeurs entrées ; Réservoir actuel viendra également une valeur stable.</li>
		</ol></li> <li>Exécuter le logiciel d’acquisition de données sur l’ordinateur portable à exploiter les détecteurs gamma. Démarrer l’acquisition de spectres en exécutant le programme d’acquisition de données pendant 1 h. Les processus d’acquisition de deux spectres (INS &#38; TNC et TNC) apparaîtra à l’écran.</li>
		<li>Après 1 h, l’acquisition de spectres et sauvez les spectres sur le disque dur (fichier | Enregistrer les données MCA | Choisissez le dossier et entrez le nom du fichier. 
		Remarque : Il y aura deux spectres enregistrés (TNC et INS) avec .mca les extensions de nom de fichier et _gated.mca, respectivement).</li>
		<li>Sélectionner le deuxième détecteur (cliquez sur la flèche dans le coin supérieur gauche) et enregistrer les spectres de ce détecteur. Faites de même pour le troisième détecteur.</li>
		<li>Cliquez sur fichier | Quitter pour fermer le logiciel.</li>
		<li>Désactiver le logiciel DNC en tournant l’interrupteur sur l’écran du programme DNC.</li>
		<li>Répéter les étapes 4.2.1 - 4.2.7 pour les autres stands.</li>
		<li>Désactiver la NG en utilisant la clé spéciale. Le voyant sur le NG sera Dim.</li>
	</ol></li> <li>Déterminer les spectres de fond du système INS en élevant l’ensemble du système INS à une distance supérieure à 4 m au-dessus de la surface du sol et de tous les grands objets et répétez les étapes d’acquisition des données 4.2.2 - 4.2.9.</li>
	<li>Informatique <ol><li>utilise un tableur pour ouvrir les fichiers de données enregistrés à l’étape 4.2.4. Trouver les valeurs de sortie et d’entrée de taux de comptage (OCR et ICR) et en temps réel (RT) dans les lignes 28, 27 et 30, respectivement.</li>
		<li>Calculer la durée de vie (LT) pour INS &#38; TNC et les spectres TNC pour toutes les mesures comme LT j’ai = OCR j’ai / ICR j’ai ·RT j’ai (1), où OCR j’ai et l’IC j’ai sont les taux de comptage d’entrée et de sortie pour la mesure de la i-ème et RT j’ai est réel temps de la mesure i-th.</li>
		<li>Calculer les spectres gamma en impulsions par seconde (cps) en divisant les spectres (lignes 33-2080 dans le tableur) par le lt correspondant.</li>
		<li>Calculer les spectres INS nets des mesures correspondantes pour chaque fosse comme 
		Net du spectre INS = (INS &#38; TNC - TNC) Pit - (INS &#38; TNC - TNC) Bkg (2)</li> <li>trouver le gamma pics 1,78 MeV (28 TR) et 4,44 MeV (12 C) dans le spectre de l’INS nette pour chacun des stands et calculer la surface des pics (pic de 4,44 MeV C Area, aire du pic Si 1,78 MeV) à l’aide de logiciels d’IGOR.
		<ol><li>Ouvert le logiciel en double cliquant sur l’icône. Insérer le premier spectre de INS Net dans la Table.</li>
			<li>Cliquez sur Windows | Un nouveau graphique | De la cible | &#34; FileName &#34; | Fais-le. Le spectre apparaît dans la fenêtre graphique. Cliquez sur graphique | Afficher les informations. Les fenêtres avec A et marqueurs B apparaît sous la fenêtre graph.</li>
			<li>Placer le pointeur de la souris sur le signal A, appuyez sur le bouton gauche de la souris et faites glisser le curseur pour le spectre sur le côté gauche de la crête de 1,78 MeV. Placez le pointeur de la souris sur le signe B, appuyez sur le bouton gauche de la souris et faites glisser le curseur pour le spectre à droite de la crête de 1,78 MeV.</li>
			<li>Cliquez sur analyse | Plusieurs pointe Fit | Démarrer nouvelle Fit plusieurs PIC | De la cible | Continuer. Dans la fenêtre contextuelle marquée curseur graphique utilisation | Base linéaire | Localisation automatique des pics maintenant | Faites-le | Résultats de pointe. La zone du pic apparaît dans la fenêtre pop-up.</li>
			<li>Répéter les mêmes opérations pour 4,44 MeV pic.</li>
			<li>Répéter toutes les opérations antérieures avec les spectres restants de INS Net.</li>
		</ol></li> <li>Trouver le carbone Net des pics pour chaque fosse par l’équation Net C pic zone j’ai = 4,44 MeV C pic zone j’ai - 0.058 · MeV 1,78 Si pic zone j’ai (3)</li> <li>construire la courbe d’étalonnage pour le système INS comme cale direct dépendance d’ortional de la surface du pic nette de carbone par rapport à la concentration de carbone exprimée en pourcentage massique.
		<ol><li>Ouvrez la nouvelle Table dans le logiciel IGOR : cliquez sur la fenêtre | Nouvelle Table. Entrez les valeurs de concentration de carbone fosse dans la première colonne et la surface du pic correspondante C Net dans la deuxième colonne.</li>
			<li>Intrigue le Net C pic zone vs pit en carbone : cliquez sur Windows | Nouveau graphique. Choisissez la surface du pic C Net comme YWave et des concentrations de carbone comme XWave. Cliquez sur le faire. Les points apparaissent sur le graphique.</li>
			<li>Construire la courbe d’étalonnage : cliquez sur analyse | Ajustement de la courbe | Fonction - line | De la cible | Fais-le. La courbe d’étalonnage et le coefficient d’étalonnage (k) seront affiche dans la fenêtre.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 5. La réalisation de mesures sol champ en Mode statique <ol><li>préparer le système INS pour les mesures selon étape3.</li>
	<li>Placer le système au-dessus du site nécessitant une analyse de contenu de carbone du sol manuellement ou de remorquage à l’aide de véhicule approprié. Positionner le système INS telle que la projection de la source de neutrons est centrée sur le site étant mesuré.</li>
	<li>Mettre en œuvre des actions suivant étapes 4.2.2 - 4.2.9 et 4.4.1 - 4.4.6 pour la détermination des pics C Net pour les sites d’étude.</li>
	<li>Calculer la concentration de carbone en % de poids en utilisant le coefficient d’étalonnage comme 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg" /></li></ol> 6. effectuant des mesures de sol terrain en Mode balayage <ol><li>estimer le chemin que le système INS se rendra sur le terrain tout en comptabilité pour la vitesse de déplacement (&#8804; 5 km/h), sur le terrain taille, empreinte de système INS (~ 1 m de rayon) et le temps de mesure (1 h) telle que la trajectoire mouvement finalement couvre la région de tout le domaine. Pour plus de commodité, les drapeaux de place à transformer des points le long du périmètre du champ.</li>
	<li>Préparer le système INS pour les mesures selon étape3.</li>
	<li>Mettre en œuvre des actions suivant étapes 4.2.2 - 4.2.3.</li>
	<li>Suivre l’itinéraire de voyage prédéterminée pendant 1 h.</li>
	<li>Mettre en œuvre des actions suivant étapes 4.2.4 - 4.2.9 et 4.4.1 - 4.4.6 pour la détermination des pics Net C pour le domaine étudié.</li>
	<li>Calculer la concentration de carbone en % de poids en utilisant le coefficient d’étalonnage par l’équation 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>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

S’appuyant sur la fondation créée par des chercheurs précédents, le personnel de la NSDL traitait de questions essentielles à l’utilisation pratique et efficace de cette technologie dans les paramètres de champ de monde réel. Au départ, les chercheurs de NSDL démontré la nécessité de rendre compte pour le signal de fond du système INS lors de la détermination des pics nette de carbone. 11 un autre effort a montré que la surface du pic net de carbone caractérise le pourcentage massique de carbone m...

Connaissance de la teneur en carbone du sol est nécessaire pour l’optimisation de la productivité du sol et de la rentabilité, comprendre l’impact des pratiques d’utilisation des terres agricoles sur les ressources en sols et l’évaluation des stratégies de piégeage du carbone1, 2,3,4. Carbone dans le sol est un indicateur universel de qualité de sol5. Plusieurs méthodes ont été développées pour les mesures de carbone du sol. Combustion sèche (DC) a été la méthode la plus utilisée pour les années6; Cette méthode repose sur le prélèvement d’échantillons de terrain et de traitement en laboratoire et de mesure qui est destructrice, travail intensif et beaucoup de temps. Deux méthodes plus récentes sont spectroscopie sur plasma induit par laser et près de : et au milieu de spectroscopie infrarouge7. Ces méthodes sont aussi destructeurs et analysent uniquement la couche de sol de très près de la surface (0,1 - 1 cm d’épaisseur du sol). En outre, ces méthodes seulement donnent point les mesures de la teneur en carbone pour des petits échantillons (~ 60 cm3 pour la méthode DC et 0,01-10 cm3 pour les méthodes de spectroscopie infrarouge). Ces mesures ponctuelles, il est difficile d’extrapoler les résultats à des échelles de champ ou de paysage. Étant donné que ces méthodes sont destructifs, mesures récurrentes sont également impossibles.
Des chercheurs précédents au Brookhaven National Laboratory a suggéré appliquant la technologie de neutrons pour sol carbone analyse (méthode de l’INS)7,8,9. Cet effort initial élaboré la théorie et la pratique de l’utilisation de neutronique gamma pour la mesure du carbone du sol. À partir de 2013, cet effort s’est poursuivi à l’USDA-ARS National sol Dynamics Laboratory (NSDL). L’expansion de cette application technologique au cours des 10 dernières années est attribuable à deux facteurs principaux : la disponibilité de générateurs de neutrons commercial relativement peu coûteux, détecteurs de gamma et l’électronique correspondante avec le logiciel ; et bases de données de pointe neutron-noyaux interaction référence. Cette méthode a plusieurs avantages par rapport à d’autres. Un système de INS, placé sur une plateforme, pouvait être manoeuvré sur n’importe quel type de champ qui requiert la mesure. Cette méthode non destructive in situ permet d’analyser des volumes de sols grand (~ 300 kg) qui peuvent être interpolées à un champ agricole tout en utilisant des mesures peu. Ce système INS est également capable de fonctionner dans un mode de balayage qui détermine la teneur en carbone moyenne d’une zone basée sur l’analyse sur une grille predetermine du champ ou du paysage.

<table><tbody><tr><td>Générateur de neutrons</td><td>Thermo Fisher Scientific, Colorado Springs, CO Logiciel DNC</td><td>MP320</td><td></td></tr><tr><td>Détecteur gamma :</td><td></td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>- NaI(Tl) crystal</td><td>Scionix USA, Orlando, FL</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- Electronics</td><td>XIA LLC, Hayward, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- Logiciel</td><td>ProSpect</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Battery</td><td>Fullriver Battery USA, Camarillo, CA</td><td>DC105-12</td><td></td></tr><tr><td>Invertor</td><td>Nova Electric, Bergenfield, NJ</td><td>CGL 600W-series</td><td></td></tr><tr><td>Charger</td><td>PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN</td><td>PS4</td><td></td></tr><tr><td>Bloc de fer</td><td>N’importe quel</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Acide borique</td><td>N’importe quel</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Ordinateur portable</td><td>N’importe quel</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>mu-metal</td><td>Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL</td><td>² ; MU010-12</td><td></td></tr><tr><td>Sable de construction</td><td>N’importe quel</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Coquille de noix de coco</td><td>General Carbon Corp., Patterson, NJ</td><td>GC 8 X 30S</td><td></td></tr><tr><td>Référence Cs-137 source</td><td>N’importe quel</td><td>na</td><td></td></tr></tbody></table>

mesures du carbone du sol par neutron-gamma analyse statique et modes de numérisation

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

L’application décrite dans les présentes d’inélastique neutron scattering méthode (INS) pour analyse de carbone des sols est basée sur l’enregistrement et l’analyse des rayons gamma créé lorsque les neutrons interagissent avec les éléments du sol. Les éléments principaux du système INS sont un générateur de neutrons pulsé, détecteurs de Nai (TL) de gamma, split électronique pour séparer les spectres gamma INS et thermo-neutron capture (TNC) processus et logiciels pour l’acquisition de spectres gamma et traitement des données. Cette méthode a plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes en ce que c’est une méthode non destructive in situ qui mesure la moyenne de carbone contenu dans des volumes de sol grand est négligeable touchée par les fortes variations carbone dans le sol et peut être utilisé en papeterie ou modes de balayage. Le résultat de la méthode de l’INS est la teneur en carbone provenant d’un site avec une empreinte de ~2.5 - 3 m2 dans le régime stationnaire, ou la teneur en carbone moyen de l’espace parcouru dans le régime de balayage. Est la plage de mesure du système actuel de INS &#62; 1,5 % de poids de carbone (écart-type ± 0,3 w %) dans la couche du sol supérieure à 10 cm pour un 1 hmeasurement.

INS du sol &#38; TNC et TNC spectres gamma
Une vue générale des spectres gamma mesurée du sol est illustrée à la Figure 4. Les spectres sont constitués d’un ensemble de pics sur un fond continu. Les principaux sommets d’intérêt ont le centre de gravité à 4,44 MeV et 1,78 MeV dans le INS &#38; spectres TNC. Le second pic peut être attribué aux noyaux de silicium contenues dans le sol, et le premier pic est un pic qu...

Ici, nous présentons le protocole pour la mesure in situ de carbone dans le sol selon la technique de neutron-gamma pour les mesures de point unique (mode statique), ou le domaine des moyennes (mode de balayage). Nous décrivons également système de construction et d’élaborer des procédures de traitement des données.

Mesures du carbone du sol par Neutron-Gamma analyse statique et Modes de numérisation

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

L'objectif général de cette procédure est de mesurer le carbone du sol dans des sites spécifiques ou sur l'ensemble d'un champ. Cette méthode repose sur l'application de la diffusion inélastique des neutrons à l'analyse du carbone du sol. Le principal avantage de cette technique est qu'il s'agit d'une méthode non destructive in situ permettant de mesurer le carbone du sol dans de grands volumes de sol.L'analyse des rayons gamma créés lors de l'interaction des neutrons avec les éléments du sol permet de mesurer le carbone du sol dans les 10 centimètres supérieurs des couches de sol. Cette méthode peut être utilisée en mode stationnaire en un seul point du terrain, comme un échantillonnage traditionnel du sol, ou en mode balayage, où la teneur moyenne en carbone du sol pour l'ensemble du champ est mesurée. Avant de travailler avec le système INS, procurez-vous les matériaux nécessaires pour délimiter une zone restreinte autour du générateur de neutrons.Vérifiez que le bouton d'arrêt d'urgence du générateur de neutrons est dégagé. Vérifiez l'indicateur de niveau de charge sur le chargeur de batterie. Rechargez les batteries si moins de trois voyants rouges sont allumés.Une fois que le niveau de puissance est acceptable, activez l'onduleur et l'ordinateur du système. Ouvrez le programme d'acquisition de données. Pour chaque détecteur, vérifiez que la haute tension DAC, le décalage DAC et le coefficient énergétique du filtre lent correspondent aux valeurs définies précédemment.Il est essentiel pour le bon fonctionnement de l'ensemble du système INS que tous les détecteurs soient entretenus dans des conditions de fonctionnement optimales. Placez ensuite une source de césium-137 à une distance de cinq à quinze centimètres de tous les détecteurs du système. Commencez l'acquisition des spectres et vérifiez la position du centroïde du pic du césium-137 à 662 kiloélectronvolts sur chaque détecteur.Si les centroïdes ne se trouvent pas sur le même canal, ajustez le coefficient énergétique du filtre lent afin de ramener les centroïdes sur le même canal. Les spectres des trois détecteurs sont résumés après l'acquisition des spectres. Il est donc important que les pics d'intérêt soient positionnés sur les mêmes canaux.Une fois que le système est prêt pour l'étalonnage, ranger la source de césium-137. Pour commencer l'étalonnage à l'aide de fosses contenant des mélanges homogènes de sable et de carbone dont la teneur en carbone est connue, positionner le système INS au-dessus de la première fosse d'étalonnage de manière à ce que la projection de la source de neutrons soit centrée sur la fosse. Délimiter clairement la zone restreinte dont les limites se situent à au moins quatre mètres du générateur de neutrons.Placez des panneaux d'avertissement de danger après rayonnement autour du périmètre de cette zone. Utilisez la clé pour activer le générateur de neutrons. Vérifiez que le témoin lumineux est vert.Ouvrez le logiciel de contrôle du générateur de neutrons et réinitialisez toutes les anomalies. Réglez la fréquence d'impulsion, le cycle de service, le temps de délai et le temps d'extension. Saisissez ensuite la tension et le courant du faisceau de neutrons.Activez le générateur de neutrons et attendez que les mesures de tension et de courant se stabilisent. Ensuite, dans le logiciel d'acquisition de données, commencez à acquérir les spectres. Recueillez les données pendant une heure, puis arrêtez l'acquisition.Enregistrez le spectre acquis pour chaque détecteur et fermez les deux programmes. Éteignez le générateur de neutrons à l’aide de la clé et vérifiez que la lampe témoin s’assombrit. Répétez le processus pour chaque puits d’étalonnage.Ensuite, importez les données acquises dans un programme de feuille de calcul. Repérez les lignes contenant les taux de comptage en sortie, les taux de comptage en entrée et le temps réel. À partir de ces données, calculez les durées de vie pour toutes les mesures.Convertissez les relevés gamma en comptes par seconde en utilisant les durées de mesure. Répétez ce processus pour chaque puits d'étalonnage. Calculez ensuite le spectre INS net pour chaque puits.À l'aide d'un logiciel analytique, visualisez le premier spectre net de INS. Cliquez avec le bouton droit sur le graphique généré, puis cliquez sur Afficher les informations pour faire apparaître des fenêtres comportant les marqueurs A et B. Utilisez les marqueurs pour sélectionner le pic de 1,78 mégaelectronvolt.Ouvrez la fonction d'ajustement multipic et réglez la ligne de base sur linéaire et les limites sur les curseurs du graphique. Utilisez l'outil pour détecter automatiquement les pics et déterminer la surface des pics. Ensuite, sélectionnez le pic de 4,44 mégaelectronvolt et déterminez la surface du pic de la même manière.Répétez ce processus pour chaque spectre net de l'INS. Calculez la surface nette du pic de carbone pour chaque puits d'étalonnage à partir de ces valeurs. Tracez les surfaces nettes des pics de carbone en fonction du carbone du puits.Appliquer un ajustement linéaire afin de générer le coefficient d'étalonnage pour le système INS. Pour effectuer des mesures de sol sur le terrain en mode statique, appliquer la même technique utilisée avec les fosses d'étalonnage. Pour effectuer des mesures de sol sur le terrain en mode balayage, concevoir d'abord un parcours permettant au système de balayer toute la zone d'intérêt en une heure.Plantez un repère à chaque point de virage le long du parcours. Démarrez l'acquisition des données et déplacez le système INS le long du parcours prédéfini à la vitesse appropriée. Une fois l'acquisition des données terminée, éteignez le système comme décrit précédemment.Analysez les données et calculez la teneur en carbone du sol pour la zone scannée à l'aide du coefficient d'étalonnage. Le carbone de la couche superficielle du sol a été mesuré selon une méthode traditionnelle de combustion sèche et au moyen du système INS en mode statique. Les résultats étaient en bon accord, et les cartes de distribution du carbone du terrain échantillonné étaient très similaires pour les deux méthodes.Il a fallu environ deux mois pour terminer les mesures de combustion sèche sur le site d'étude, alors que les mesures INS en mode statique ont été réalisées en deux jours. Les mesures INS en mode balayage ont été comparées aux mesures en mode statique effectuées le long du trajet de balayage. Le spectre net INS en mode balayage correspondait aux spectres en mode statique dans les limites de l'erreur expérimentale.En outre, les données en mode balayage ont été acquises en une heure, alors qu'il a fallu cinq heures pour recueillir les cinq séries de données en mode statique. Cette technique de diffusion inélastique des neutrons devrait grandement améliorer la capacité des chercheurs à mesurer le carbone du sol sur le terrain, ce qui aidera les pédologues à concevoir des stratégies de séquestration du carbone et à élaborer des pratiques de gestion optimisant la productivité des sols. L'importance d'une méthode de diffusion inélastique des neutrons par rapport à une méthode traditionnelle d'échantillonnage du sol réside dans l'augmentation de la rapidité de détermination du carbone du sol et dans une meilleure précision de l'analyse à l'échelle d'un champ entier.Des recherches sont en cours pour étendre cette technique à la mesure d'autres éléments du sol ainsi qu'à la mesure de l'humidité du sol.

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

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

Des progrès ont été réalisés dans l’utilisation de la diffusion de l’incidence de pâturage résolue par écho de spin (SERGIS) comme technique de diffusion neutronique pour sonder les échelles de longueur dans des échantillons irréguliers. Des cristallites d’ester méthylique de l’acide [6,6]-phényl-C61-butyrique ont été sondées à l’aide de la technique SERGIS et des résultats confirmés par microscopie optique et à force atomique.

Utilisation de la diffusion de l’incidence de broutage résolue par écho de spin neutronique pour étudier les matériaux des cellules solaires organiques

Cet article présente la méthode basée sur une chambre statique pour la mesure des flux de gaz à effet de serre des systèmes de sol. Avec des investissements relativement modestes dans l’infrastructure, les mesures peuvent être obtenues à partir de plusieurs traitements ou emplacements et sur des périodes allant de quelques heures à plusieurs années.

Mesure du flux de gaz à effet de serre provenant des sols agricoles utilisant statiques Chambers

Un protocole est décrit dans lequel la biodégradation duCO2 minéralisé à partir de contaminants organiques (dérivé de matières premières pétrolières) est piégée, quantifiée et analysée pour déterminer la teneur en 14C. Un modèle est développé pour déterminer l’étendue spatiale de la zone de capture du CO2. Les mesures spatiales et temporelles permettent d’intégrer les taux de minéralisation des contaminants pour prédire l’étendue et le temps de l’assainissement.

Contaminant Minéralisation de mesure à base de carbone Utilisation combinée CO<sub&gt; 2</sub&gt; Flux et radiocarbone Analyses

Répartition spatiale d’érosion et de dépôt peut être déduite des différences dans l’élévation du terrain mappés à des intervalles de temps appropriés. Ces changements d’altitude sont liées aux changements dans les carbonates du sol près de la surface. Méthodes reproductibles pour les mesures de terrain et en laboratoire de ces méthodes d’analyse des données et les quantités sont décrites ici.

Mesure et cartographie des schémas d’érosion et de dépôt liées aux Concentrations de Carbonate du sol sous gestion agricole

SOM sous-tend plusieurs processus et fonctions du sol, mais sa caractérisation par spectroscopie FTIR est souvent remis en cause par des interférences de minéraux. La méthode décrite peut augmenter l’utilité de SOM l’analyse par spectroscopie FTIR en soustrayant des spectres de référence minéraux minéraux interférences dans les spectres de sol à l’aide obtenues empiriquement.

Amélioration de la spectroscopie infrarouge Characterization of Soil Organic Matter avec soustraction spectrale

Processus de paysage sont des éléments essentiels de la formation des sols et jouent un rôle important dans la détermination des propriétés du sol et la structure spatiale dans les paysages. Nous vous proposons une nouvelle approche à l’aide de régression par composantes principales pour prédire la redistribution du sol et carbone organique du sol à travers différentes échelles spatiales.

Utilisation des principaux composants pour étendre les modèles topographiques pour mapper la Redistribution du sol et le sol carbone organique

Ce protocole présente un flux de travail pour la visualisation sous-mm 2D de multiples espèces inorganiques de nutriments labiles et de soluté contaminants à l'aide de gradients diffusifs dans les couches minces (DGT) combinés à l'imagerie par spectrométrie de masse. L'échantillonnage soluté et l'analyse chimique à haute résolution sont décrits en détail pour la cartographie quantitative des solutés dans la rhizosphère des plantes terrestres.

Visualisation et quantification bidimensionnelles de Labile, nutriments et contaminants des plantes inorganiques dans le sol

Ce manuscrit décrit un protocole de radiographie neutronique et de tomodensitométrie d’échantillons biologiques utilisant une ligne de faisceau CG-1D du réacteur isotopique à haut flux (HFIR) pour mesurer un implant métallique dans un fémur de rat, un poumon de souris et un système racine / sol végétal herbacé.

Radiographie neutronique et tomodensitométrie des systèmes biologiques au réacteur isotopique à haut flux du Laboratoire national d’Oak Ridge

La méthode de vérification décrite ici est adaptable pour surveiller la séquestration du carbone inorganique pédogène dans divers sols agricoles amendés avec des roches contenant du silicate métallique alcalino-terreux, telles que la wollastonite, le basalte et l’olivine. Ce type de validation est essentiel pour les programmes de crédits de carbone, qui peuvent bénéficier aux agriculteurs qui séquestrent le carbone dans leurs champs.

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

Le fractionnement de la densité du sol sépare la matière organique du sol en bassins distincts avec des mécanismes de stabilisation, des chimies et des temps de renouvellement différents. Les solutions de polytungstate de sodium avec des densités spécifiques permettent la séparation de la matière organique particulaire libre et de la matière organique associée aux minéraux, ce qui donne des fractions de matière organique appropriées pour décrire la réponse du sol à la gestion et au changement...

Utilisation du fractionnement de la densité du sol pour séparer les réservoirs de carbone distincts du sol

Découvrez la mesure du carbone du sol par analyse neutron-gamma in situ en modes statique et balayage. Cette méthode non destructive permet d'évaluer rapidement les stocks de carbone sur de grandes surfaces agricoles.

Mesures du carbone du sol par Neutron-Gamma analyse statique et Modes de numérisation

Explorer plus de vidéos