Name: מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: למד מדידת פחמן בקרקע באמצעות ניתוח ניוטרון-גמא בשיטה סטטית וסריקה מצבי. שיטה זו מאפשרת מדידה לא הרסנית של נפחי קרקע גדולים בעומק של עד 10 סנטימטרים.

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

המחברים חבים בארי ג דורמן, רוברט א Icenogle, חואן רודריגז, מוריס ג ולש של מרלין Siegford לסיוע טכני במדידות ניסיוני, ג'ים קלארק, דקסטר LaGrand לקבלת סיוע עם סימולציות מחשב. אנו מודים שיה LLC להתרת השימוש שלהם אלקטרוניקה, גלאי בפרויקט זה. עבודה זו נתמכה על-ידי NIFA עלא מחקר החוזה לא ALA061-4-15014 "גאו-מרחביים דיוק המיפוי של אדמת בפחמן עבור פרודוקטיביות החקלאי וניהול מחזור החיים".

1. בניית מערכת תוספות <ol><li>להשתמש הגיאומטריה כללי של מערכת תוספות המוצג באיור 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> איור 1. הארצי מערכת גאומטריה. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<ol start="2"> <li>להשתמש בעיצוב מערכת תוספות באיור 2. 10</li></ol> <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig2.jpg" /> באיור 2. סקירה כללית של מערכת INS. 
A) בלוק הראשון מכיל מחולל ניוטרון, גלאי נייטרונים ומערכת החשמל; B) בלוק השני מכיל שלושה גלאי נאי (Tl); C) רחוב שלישי מכיל ציוד לפעולת המערכת; D) מבט כללי הרחוב הראשון מציג את הרכיבים הבודדים; E) תקריב תצוגה של שגלאי הגמא. 10 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg" target="_blank"> אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<ol start="3"> <li>להשתמש שלושה רחובות במערכת תוספות (ראו נספח).
	<ol><li>לגוש הראשון (א), השתמש מחולל ניוטרון (NG) עם מערכת חשמל ( איור 2 א ו- 2D). נייטרון פעמו הפלט של זה מחולל יהיה 10 7 - 10 8 n/s עם ניוטרון האנרגיה של תהליך 14. מערכת החשמל יכלול ארבע סוללות (12 V, 105 Ah), מהפך DC-AC, ומטען. בלוק זה יכיל גם ברזל (10 ס"מ x 20 ס"מ x 30 ס מ), חומצה בורית (5 ס"מ x 20 ס"מ x 30 ס מ) כדי להגן גלאי הגמא של הקרנה ניוטרון. 
		הערה: גלאי נייטרונים נכלל גם באגף הזה כדי לבדוק זה NG מתפקד כראוי.</li>
		<li>עבור בלוק השני (B), השימוש בציוד מדידה גמא ( איור 2B ו 2E). בלוק זה יכיל שלושה 12.7 ס"מ על 12.7 ס"מ x 15.2 ס"מ נצנוץ גלאי NaI(Tl) עם אלקטרוניקה המתאימים. גודל החיצוני גלאי עם אלקטרוניקה ימדוד 15.2 ס מ x 15.2 ס מ x 46 ס מ.</li>
		<li>עבור בלוק השלישי (C), להשתמש במחשב נישא השולטת על גנרטור ניוטרון (עם תוכנה הדמוקרטית הלאומית), גלאי ומערכת נתונים רכישה ( איור 2C).</li>
	</ol></li></ol> 2. התראה ודרישות אישי <ol><li>יש לכל משתמש של מערכת תוספות מעבר האימונים רדיולוגית.</li>
	<li>ודא כי כל אדם הפועלים NG את נושא ניטור קרינה, תג. במהלך המדידות, לגבול האזור המוגבל (&#62; µSv 20/h) מסביב NG יהיה הסימן קרינה עם המילים &#34; התראה, קרינה באזור. &#34; מכל קצוות באזור הסגור יהיה לא פחות מ 4 מ מ NG.</li>
	<li>במקרה חירום, מיד לדחוף &#34; להפריע חירום &#34; על NG הלחצן הסר את המפתח NG, לנתק את NG ממקור החשמל.</li>
</ol> 3. הכנה של מערכת תוספות מדידה <ol><li>סימון מערכת החשמל. מחוון רמה החשמל במטען יהיה ירוק, או יותר מ 3 מנורות אדומות חייב להאיר. אם לא, יש לחבר את המטען לשקע חשמל ולחכות עד סוללות להיות טעונה במלואה (המנורה הירוקה דולקת) או עד רמת כוח מקובל (&#8805; 3 מנורות אדומה תדלק).</li>
	<li>הפעל את מהפך (אור נורה ירוקה) ואת המחשב הנייד.</li>
	<li>הפעל את התוכנית רכישת נתונים במחשב הנישא פועלים שגלאי הגמא ולבדוק את הפרמטרים הדרושים עבור כל גלאי. להיות מוגדרת והיא הקליט בעבר ב- INS לבדיקת מערכת הערכים של פרמטרים אלה.
	<ol><li>מקום מקור פקד Cs-137 (מכל סוג) תוך 5-15 ס מ גלאי.</li>
		<li>להתחיל ספקטרה רכישה עבור 1-3 דקות; לבדוק את centroids של 662 קוו Cs-137 שיא עבור כל גלאי. הם חייבים להיות בבית אותו ערוץ. אם לא, השתמש היקף מקדם אנרגיה כלום. המידע לא רכישת תוכנית על-ידי שינוי הערך כדי להתאים את centroids שיא קוו 662.</li>
	</ol></li> <li>להפעיל את NG באמצעות מפתח מיוחד. נורית מחוון על NG תדלק ירוק וצהוב -</li>
</ol> 4. כיול של מערכת תוספות <ol><li>להכין 4 בורות בגודל 1.5 מ' x 1.5 m x 0.6 מ' עם חול-פחמן הומוגנית תערובות ( איור 3). תוכן פחמן הוא 0, 2.5, 5 ו-10 w %. 
	הערה: מערבל בטון היא נהגה להכין קרקע סינתטי מורכב קליפת קוקוס וחול בנייה (100% פחמן תוכן, ממוצע קוטר פרטנית &#60; 0.5 מ מ). ההומוגניות של תערובות אלה נקבעת באופן חזותי.</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig3.jpg" /> איור 3. תצוגה של בור עם חול, בור עם תערובת של חול-פחמן % Cw 10. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg" target="_blank"> אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<ol start="2"> <li>לקחת מידות מעל בורות באמצעות השלבים הבאים.
	<ol><li>למקם את המערכת תוספות ייצלה באש באופן ידני או על-ידי גרירה עם הרכב המתאים. למקם את המערכת תוספות כך הקרנת המקור ניוטרון ממורכזת על הבור.</li>
		<li>להפעיל את התוכנה לדמוקרטים במחשב הנישא שמפעיל הגנרטור NG. בעמודה ' תקלות ' בצד ימין של המסך תוכנית הדמוקרטית הלאומית, וכל הנורות דולקת ירוק; אם לא, לחץ על הלחצן ' ניקוי '. הוסף את הפרמטרים הבאים: עבור פרמטרים של הדופק - תדירות 5 kHz, חובה מחזור 25%, לעכב µs 0, סיומת 2 µs; עבור Beam - מתח גבוה 50 kV, קרן 50 הנוכחי µA (שים לב כי הפרמטרים האלה יכולים להיות שונים בהתאם להגדרת המערכת תוספות מסוים פעילות).
		<ol><li>להפעיל את המתג במסך תוכנית לדמוקרטים ולחכות NG להזין המשטר עבודה שבו מתח גבוה של קרן הנוכחית יבוא יציב ערכים המייצגים הערכים שהוזנו; המאגר הנוכחי גם יגיע לערך יציב.</li>
		</ol></li> <li>להפעיל את התוכנה רכישת נתונים במחשב הנישא לפעול שגלאי הגמא. התחל ספקטרה רכישה באמצעות הפעלת התוכנית רכישת נתונים מאובטח. תהליכי רכישת שני ספקטרה (תוספות &#38; TNC, TNC) תופיע על המסך.</li>
		<li>לאחר 1 h, להפסיק את רכישת ספקטרה ולשמור ספקטרה על הכונן הקשיח (קובץ | שמירת נתוני MCA | בחר את תיקיית והזן את שם קובץ. 
		הערה: יהיו שני ספקטרה שנשמרו (TNC ו- INS) עם סיומות שם הקובץ .mca, _gated.mca, בהתאמה).</li>
		<li>לבחור השני גלאי (לחץ על החץ בפינה השמאלית העליונה) ולשמור את הספקטרום של גלאי זה. לעשות את אותו הדבר עבור גלאי השלישי.</li>
		<li>לחץ על קובץ | יציאה כדי לסגור את התוכנה-</li>
		<li>לכבות את התוכנה לדמוקרטים על-ידי ביטול הבורר במסך תוכנית לדמוקרטים.</li>
		<li>חזור על שלבים 4.2.1 - 4.2.7 לבורות אחרים.</li>
		<li>כבה NG באמצעות מפתח מיוחד. נורית מחוון על NG יהיה dim.</li>
	</ol></li> <li>לקבוע ספקטרום רקע מערכת תוספות להשביח ולהשיא את כל המערכת תוספות למרחק גדול מ- 4 מ' מעל פני הקרקע, והרחק חפצים גדולים, וחזור על הנתונים רכישת שלבים 4.2.2 - 4.2.9.</li>
	<li>עיבוד נתונים <ol><li>להשתמש תוכנית גיליון אלקטרוני כדי לפתוח קבצי נתונים השמורים בשלב 4.2.4. למצוא ערכים לפלט, קלט ספירת המחירים (OCR, ICR), בזמן אמת (RT) שורות 28, 27, 30, בהתאמה.</li>
		<li>לחשב את זמן החיים (LT) עבור IN &#38; TNC TNC spectra עבור כל המדידות כמו זה אני = OCR אני / ICR אני ·RT אני (1), בהם OCR אני ו- ICR אני הרוזן, קלט פלט במחירים המדידה ה-i, RT אני הוא אמיתי זמן המדידה ה-i.</li>
		<li>לחשב את ספקטרום גאמא ב סעיפים לשניה (cps) על-ידי חלוקת הספקטרום (שורות 33-2080 בגיליון) על ידי סגן המתאימים</li>
		<li>לחשב ספקטרום תוספות נטו מ המידות המתאימות עבור כל בור כמו 
		נטו תוספות ספקטרום = (תוספות &#38; TNC - TNC) בור - (תוספות &#38; TNC - TNC) Bkg (2)</li> <li>למצוא הגאמא פסגות 1.78 תהליך (28 Si) ואת תהליך 4.44 (12 C) בספקטרום תוספות נטו עבור כל בור, ולחשב את האזורים שיא (4.44 תהליך C שיא אזור, אזור פיק סי תהליך 1.78) באמצעות תוכנת איגור.
		<ol><li>פתח התוכנה על ידי לחיצה על הסמל כפול. הכנס הראשון ספקטרום תוספות נטו לתוך השולחן.</li>
			<li>לחץ על חלונות | גרף חדש | היעד | &#34; קובץ &#34; | תעשה את זה. הקשת מופיעה בחלון גרף. לחץ על גרף | הצג פרטי. החלונות עם A B סמני מופיע מתחת לחלון גרף-</li>
			<li>המקום מצביע העכבר על סימן א', לחצו על הכפתור השמאלי של העכבר, גרור את הסמן על הספקטרום בצד שמאל של הפסגה תהליך 1.78. מקם את מצביע העכבר על השלט B לחץ על הכפתור השמאלי של העכבר, גרור את הסמן על הספקטרום בצד הימני של הפסגה תהליך 1.78.</li>
			<li>לחץ על ניתוח | התאמה רב מגיעות לשיא | להתחיל התאמה רב מגיעות לשיא חדש | היעד | המשך. בחלון המוקפץ מסומן השימוש הסמן גרף | לינארית בסיסית | פסגות אוטומטי-לאתר עכשיו | את זה | התוצאות מגיעות לשיא. האזור של הפסגה מופיע בחלון המוקפץ.</li>
			<li>חזור על פעולות זהה עבור תהליך 4.44 שיא.</li>
			<li>לחזור על כל פעולות קודמות עם ספקטרום תוספות נטו הנותרים.</li>
		</ol></li> <li>למצוא הפחמן נטו אזורים שיא עבור כל בור באמצעות המשוואה C נטו שיא באזור אני = תהליך 4.44 C שיא באזור אני - 0.058 · תהליך 1.78 סי שיא באזור אני (3)</li> <li>לבנות קו כיול עבור מערכת INS בו כאביזר ישירה ortional התלות של השטח שיא פחמן נטו לעומת ריכוז פחמן מבוטא באחוזים משקל.
		<ol><li>פתח את הטבלה החדשה בתוכנה איגור: לחץ על חלון | הטבלה החדשה. הזן ערכים ריכוז פחמן בור העמודה הראשונה, לבין אזור שיא נטו C המתאימים בעמודה השניה.</li>
			<li>מגרש C נטו שיא באזור לעומת בור ריכוז פחמן: לחץ על חלונות | גרף חדש. בחר אזור C נטו שיא YWave ריכוזי פחמן כמו XWave. לחץ על לעשות את זה. הנקודות יופיעו בגרף.</li>
			<li>לבנות את הקו כיול: לחץ על ניתוח | עקומת התאמה | ושימושיות - קו | היעד | תעשה את זה. הקו כיול המקדם כיול (k) יופיעו בחלון.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 5. ביצוע מדידות הקרקע במצב סטטי <ol><li>להכין את המערכת תוספות למדידה על פי שלב 3-</li>
	<li>למקם את המערכת מעל האתר הדורש ניתוח תוכן פחמן בקרקע באופן ידני או על-ידי גרירה באמצעות הרכב המתאים. למקם את המערכת תוספות כך הקרנת המקור ניוטרון ממורכזת על האתר הנמדדים.</li>
	<li>ליישם פעולות ביצוע השלבים 4.2.2 - 4.2.9 וגם 4.4.1 - 4.4.6 לקביעת נטו C אזורים שיא עבור האתרים המחקר.</li>
	<li>לחשב ריכוז פחמן % במשקל באמצעות המקדם כיול כמו 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg" /></li></ol> 6. ניצוח אדמה מדידות במצב סריקה <ol><li>מעריכים את הנתיב בו מערכת תוספות ייסעו מעל לשדה בזמן חשבונאות למהירות הנסיעה (&#8804; 5 קמ"ש), שדה גודל, תוספות למערכת (radius ~ 1 מ'), וטביעת זמן מדידה (1h) כך המסלול נע בסופו של דבר המכסה את השטח כל השדה. לנוחיותכם, במקום דגלים-להפוך נקודות לאורך למתחם שדה.</li>
	<li>להכין את המערכת תוספות למדידה על פי שלב 3-</li>
	<li>ליישם פעולות ביצוע השלבים 4.2.2 - 4.2.3.</li>
	<li>בצע את נתיב הנסיעה מראש עבור ה 1</li>
	<li>ליישם פעולות ביצוע השלבים 4.2.4 - 4.2.9 וגם 4.4.1 - 4.4.6 לקביעת נטו C אזורים שיא עבור השדה למדה.</li>
	<li>לחשב ריכוז פחמן % במשקל באמצעות המקדם כיול לפי משוואה 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>

המחברים אין לחשוף.

בונים על הקרן הוקמה על ידי חוקרים קודמים, הצוות NSDL התייחס שאלות קריטיות לשימוש מעשי ומוצלח של טכנולוגיה זו בהגדרות שדה בעולם האמיתי. בתחילה, חוקרים NSDL הפגינו את הצורך להביא בחשבון האות רקע מערכת תוספות בקביעת אזורי שיא פחמן נטו. 11 מאמץ נוסף הראה כי האזור שיא פחמן נטו המאפיינת את אחוז המשקל פחמן ממוצע לשכבת הקרקע העליונה 10 ס מ (ללא קשר פחמן עומק הפצה shape) על ידי התלות ביחס ישיר. בנוסף, ציוד נדרש לצורך כיול המערכת הארצי (דהיינו, כ- 1.5 מ' x 1.5 m x 0.6 מ' בורות עם תערובות שונות של ח...

הידע של אדמת בפחמן נדרש עבור אופטימיזציה של אדמה פריון ורווחיות, הבנת ההשפעה של קרקע חקלאית שימוש פרקטיקות משאבי הקרקע, והערכת אסטרטגיות עבור פחמן פחמיות1, 23,,4. פחמן בקרקע הוא מחוון אוניברסלי של איכות קרקע5. פותחו מספר שיטות למדידות פחמן בקרקע. יבש בעירה (DC) הייתה השיטה הנפוצה ביותר עבור שנים6; שיטה זו מבוססת על איסוף הדגימה השדה ואת מעבדה לעיבוד מידה היא הרסנית, עבודה אינטנסיבית ולאחר זמן רב. שתי שיטות חדשות יותר הן ספקטרוסקופית לייזר המושרה התמוטטות, ליד באמצע ספקטרוסקופית אינפרא אדום7. שיטות אלה גם הם הרסניים, רק לנתח את השכבה מאוד ליד-פני הקרקע (0.1 - 1 ס מ עומק הקרקע). בנוסף, שיטות אלה תשואות רק נקודת מדידות של פחמן תוכן עבור אמצעי אחסון מדגם קטן (~ 60 ס מ3 עבור שיטת DC ו- 0.01-10 ס מ3 עבור שיטות ספקטרוסקופית אינפרא אדום). מדידות כאלה נקודה להקשות לשחזר תוצאות שדה או נוף קשקשים. מאז שיטות אלה הם הרסניים, מדידות חוזרות הם גם בלתי אפשרי.
חוקרים קודמים כשהמטרה הציע החלת טכנולוגיה ניוטרון אדמה פחמן ניתוח (שיטת תוספות)7,8,9. המאמץ הראשוני הזה פיתח תאוריה ותרגול השימוש ניוטרון גמא ניתוח למדידה פחמן בקרקע. החל בשנת 2013, המאמץ הזה המשיך ב משרד החקלאות-ARS הלאומית אדמה Dynamics מעבדה (NSDL). הרחבת יישום טכנולוגי זה 10 השנים האחרונות היא בשל שני גורמים עיקריים: הזמינות של גנרטורים ניוטרון מסחרי זול יחסית, גלאי גמא ו אלקטרוניקה המתאימים בתוכנה; משוכללת ניוטרון-גרעינים אינטראקציה עם הפניה מסדי נתונים. בשיטה זו יש מספר יתרונות על פני אחרים. ניתן לתמרן מערכת תוספות, מניחים על משטח, מעל כל סוג שדה הדורש מידה. שיטה זו גמישה מקומיים ניתן לנתח אמצעי קרקעות גדול (~ 300 ק ג) יכול להיות אינטרפולציה על שדה חקלאי שלם באמצעות כמה מדידות. מערכת זו תוספות הוא גם מסוגל לפעול במצב סריקה הקובע פחמן ממוצע של אזור מבוסס על סריקה על רשת predetermine של השדה או נוף.

<table><tbody><tr><td>מחולל נויטרונים</td><td>תרמו פישר סיינטיפיק, קולורדו ספרינגס, CO תוכנת DNC</td><td>MP320</td><td></td></tr><tr><td>גלאי גמא:</td><td></td> <td>na</td><td></td></tr><tr><td>- NaI(Tl) גביש</td><td>Scionix ארה"ב, אורלנדו, פלורידה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- אלקטרוניקה</td><td>XIA LLC, הייוורד, קליפורניה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- תוכנה</td><td>סוללת</td> ProSpect <td></td><td></td></tr><tr><td></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></td><td>Charger PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN</td><td>PS4</td><td></td></tr><tr><td>בלוק ברזל</td><td>כל</td><td>חומצה</td><td></td></tr><tr><td>בורית</td><td>כל</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מחשב נייד</td><td>כל</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מתכת</td><td>Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL</td><td>&nbsp; MU010-12</td><td></td></tr><tr><td>חול בנייה</td><td>כל</td><td>קליפת</td><td></td></tr><tr><td>קוקוס</td><td>General Carbon Corp., פטרסון, ניו ג'רזי</td><td>GC 8 X 30S</td><td></td></tr><tr><td>הפניה Cs-137</td><td>מקור כל</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי

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

יישום המתוארים בזאת וספקטרוסקופית פיזור שיטת (INS) עבור פחמן עכירות מבוססת על רישום וניתוח של קרני גמא נוצר בעת נייטרונים אינטראקציה עם אלמנטים בקרקע. החלקים העיקריים של המערכת הארצי הן גנרטור ניוטרון פעמו, גלאי גמא NaI(Tl), לפצל אלקטרוניקה כדי להפריד גמא ספקטרה בשל תוספות תהליכים תרמו-נייטרון הלכידה (TNC), ואת תוכנה עבור רכישת ספקטרה גמא ועיבוד נתונים. בשיטה זו יש כמה יתרונות על פני שיטות אחרות בכך שזה בשיטה גמישה בחיי עיר המודד את הפחמן הממוצע תוכן אדמה גדולים כרכים, מושפע החזרה המקומית שינויים חדים פחמן בקרקע, יכולים לשמש נייחים או מצבי סריקה. התוצאה של שיטת תוספות הוא פחמן מאתר עם טביעת של ~2.5 - 3 מ'2 במשטר נייח, או פחמן ממוצע של האזור שהועברה המשטר סריקה. טווח מדידה שיטת תוספות הנוכחית הוא &#62; 1.5% משקל פחמן (± סטיית תקן 0.3 w %) לשכבת הקרקע העליון 10 ס מ עבור hmeasurement 1.

אדמה תוספות &#38; TNC, TNC גמא ספקטרה
מראה כללי של ספקטרום גמא האדמה שנמדד מוצג באיור4. הספקטרום מורכבות של קבוצת פסגות על רקע רציפה. הפסגות הראשי של עניין יש centroids 4.44 תהליך, תהליך 1.78 ה IN &#38; TNC ספקטרה. הפסגה השנייה ניתן לייחס גרעינים סיליקון הכלול אדמה, השיא הראשון שיא חופפים מן הגרעינים פחמן וסיליקון. ההליך להפקת פחמן נטו שיא באזור מ ספקטרה אלה המתוארים לעיל. הליך זה אמור לשמש בכל המקרים לקביעת אזור ה...

כאן, אנו מציגים את פרוטוקול בחיי עיר מדידה של פחמן בקרקע בטכניקה ניוטרון-גמא למדידות בנקודה אחת (מצב סטטי) או השדה הממוצע (מצב סריקה). אנחנו גם לתאר מערכת הבנייה ועיבוד נתונים הליכי הטיפול.

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

המטרה הכללית של הליך זה היא למדוד פחמן בקרקע באתרים ספציפיים או ברחבי שטח חקלאי. שיטה זו מבוססת על יישום של פיזור נייטרונים לא-אלסטי לניתוח פחמן בקרקע. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא שיטה לא-הרסנית במקום (in situ) למדידת פחמן בנפחים גדולים של קרקע.ניתוח של קרני גמא הנוצרות כאשר נויטרונים מגיבים עם רכיבי הקרקע מאפשר לנו למדוד את פחמן הקרקע ב-10 הסנטימטרים העליונים של שכבות הקרקע. ניתן להשתמש בשיטה זו במצב סטציונרי בנקודה אחת בשטח, בדומה לדגימת קרקע מסורתית, או במצב סריקה שבו נמדד ממוצע פחמן הקרקע עבור השטח כולו. לפני העבודה עם מערכת ה-INS, השג את החומרים הדרושים לסימון אזור מוגבל מסביב למחולל הנויטרונים.וודאו שלחצן ההפסקה למקרי חירום של מחולל הנוטרונים אינו חסום. בדקו את מחוון רמת המתח במטען הסוללות. טענו מחדש את הסוללות אם פחות משלוש נורות אדומות דולקות.ברגע שרמת ההספק מקובלה, הדליקו את ממיר המתח (power inverter) ואת המחשב של המערכת. פתחו את תוכנת רכישת הנתונים. עבור כל גלאי, ודאו כי המתח הגבוה של ה-DAC, היסט ה-DAC (DAC offset) ומקדם האנרגיה של המסנן האיטי תואמים לערכים שהוגדרו מראש.חשוב מאוד לתפקודו של מערכת ה-INS כולה שכל הגלאים יהיו במצב עבודה אופטימלי. מיקמו מקור Caesium-137 במרחק של חמישה עד 15 סנטימטרים מכל גלאי המערכת. התחל ברכישת ספקטרומים ובדוק את מיקום המרכז (centroid) של שיא ה-662 kiloelectron volt של ה-Caesium-137 בכל גלאי.אם המרכזים (centroids) אינם באותו ערוץ, יש לכוון את מקדם האנרגיה של המסנן האיטי כדי להביא את המרכזים לאותו ערוץ. הספקטרומים של כל שלושת הגלאים מסוכמים לאחר רכישת הספקטרומים. לכן, חשוב שפסגות העניין יהיו מוגדרות על אותם ערוצים.ברגע שהמערכת מוכנה לכיול, אחסן את מקור ה-Caesium-137. כדי להתחיל את הכיול באמצעות בורות עם תערובות הומוגניות של חול ופחמן בעלות תכני פחמן ידועים, מקם את מערכת ה-INS מעל בור הכיול הראשון כך שהקרנת מקור הנייטרונים תהיה ממורכזת על הבור. סמן בבירור את האזור המוגבל עם גבולות במרחק של לא פחות מארבעה מטרים ממחולל הנייטרונים.הצב שלטי אזהרה על סכנת קרינה בהיקף של אזור זה. השתמש במפתח כדי להפעיל את מחולל הניטרונים. ודא שנורית החיווי דולקת בירוק.פתחו את תוכנת הבקרה של מחולל הנייטרונים ונקו שגיאות קיימות. הגדירו את תדירות הפעימה, מחזור העבודה (duty cycle), זמן ההשהיה וזמן ההארכה. לאחר מכן, הזינו את המתח והזרם של אלומת הנייטרונים.הפעילו את מחולל הנייטרונים והמתינו עד לקבלת קריאות מתח וזרם יציבות. לאחר מכן, התחילו באיסוף ספקטרא באמצעות התוכנה לרכישת נתונים. אספו נתונים במשך שעה אחת ולאחר מכן הפסיקו את הרכישה.שמרו את הספקטרום שנרכש עבור כל גלאי וסגרו את שתי התוכנות. כבו את מחולל הנייטרונים באמצעות המפתח וודאו שנורית החיווי כבת. חזרו על התהליך עבור כל בור כיול.לאחר מכן, ייבא את הנתונים שנרכשו לתוכנת גיליון אלקטרוני. אתר את השורות המכילות את קצבי הספירה של הפלט (output), קצבי הספירה של הקלט (input) ואת הזמן האמיתי. על בסיס נתונים אלו, חשב את זמני החיים עבור כל המדידות.המיר את קריאות הגמא לספירות לשנייה באמצעות זמני המדידה. חזור על תהליך זה עבור כל בור כיול. לאחר מכן, חשב את ספקטרום ה-INS נקי עבור כל בור.באמצעות תוכנה אנליטית, הציגו ויזואלית את ספקטרום ה-INS הנקי הראשון. לחצו לחיצה ימנית על הגרף שנוצר ובחרו ב-Show Info כדי להציג חלונות עם סממנים A ו-B. השתמשו בסממנים כדי לבחור את הפסגש של 1.78 megaelectron volt.פתחו את פונקציית התאמת ריבוי השיאים (multipeak fitting) והגדירו את קו הבסיס כליניארי ואת הגבולות כסמני הגרף. השתמשו בכלי כדי לבחור את השיאים באופן אוטומטי ולקבוע את שטח השיא. לאחר מכן, בחרו את השיא ב-4.44 megaelectron volt וקבעו את שטח השיא באותה דרך.חזור על תהליך זה עבור כל ספקטרום INS נקי. חשב מערכים של שיאי פחמן נקיים עבור כל בור כיול מהערכים הללו. שרטט את שטחי שיאי הפחמן הנקיים מול הפחמן בבור.בצע התאמה ליניארית כדי להפיק את מקדם הכיול עבור מערכת ה-INS. לצורך ביצוע מדידות קרקע בשטח במצב סטטי, השתמש באותה טכניקה שנעשתה עם בורות הכיול. לצורך ביצוע מדידות קרקע בשטח במצב סריקה, תכנן תחילה מסלול שבו המערכת תסרוק את כל אזור העניין בתוך שעה אחת.שתלו דגלים בכל נקודת פנייה לאורך המסלול. התחילו ברכישת נתונים והניעו את מערכת ה-INS לאורך המסלול שנקבע במהירות המתאימה. לאחר השלמת רכישת הנתונים, כבו את המערכת כפי שתואר קודם לכן.נתחו את הנתונים וחשבו את כמות הפחמן בקרקע עבור השטח שנסרק באמצעות מקדם הכיול. הפחמן בשכבת הקרקע העליונה נמדד בשיטת שריפה יבשה מסורתית ובמערכת INS במצב סטטי. התוצאות היו תואמות במידה רבה, ומפות התפלגות הפחמן של השדה שנדגם היו דומות מאוד עבור שתי השיטות.ארכה השלמת מדידות הבעירה היבשה עבור אתר השדה כחודשיים, בעוד שמדידות ה-INS במצב סטטי הושלמו בתוך יומיים. מדידות INS במצב סריקה הושוו למדידות במצב סטטי שנלקחו לאורך נתיב הסריקה. ספקטרום ה-INS נטו במצב סריקה תאם לספקטרא במצב סטטי בתוך גבולות השגיאה הניסויית.בנוסף, הנתונים במצב סריקה נרכשו בתוך שעה אחת, בעוד שאיסוף חמישה סטים של נתונים במצב סטטי ארך חמש שעות. טכניקת INS זו אמורה לשפר משמעותית את יכולתם של חוקרים למדוד פחמן בקרקע בשטח, דבר שיסייע למדעני קרקע להמציא אסטרטגיות לקיבוע פחמן ולפתח שיטות ניהול הממקסמות את פריון הקרקע. החשיבות של שיטת פיזור נייטרונים בלתי אלסטי לעומת שיטה מסורתית של דגימת קרקע היא הגברת המהירות של קביעת הפחמן בקרקע ושיפור דיוק הניתוח על בסיס שטח שלם.מחקרים נמשכים כדי להרחיב טכניקה זו למדידת יסודות אחרים בקרקע ולמדידת לחות הקרקע.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

הושגה התקדמות בשימוש ספין הד נפתרה פיזור שכיחות מרעה (SERGIS) כטכניקת פיזור נויטרונים כדי לחקור את קשקשי אורך בדגימות לא סדירות. גבישים של [6,6]-פניל-C61-חומצה בוטירית מתיל אסתר נבדקו בטכניקת SERGIS והתוצאות אושרו על ידי מיקרוסקופיה של כוח אופטי ואטומי.

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

מאמר זה מציג את השיטה המבוססת על תא סטטי למדידת שטף גזי חממה ממערכות קרקע. עם השקעות תשתית צנועות יחסית, ניתן לקבל מדידות ממספר טיפולים/מיקומים ולאורך מסגרות זמן הנעות בין שעות לשנים.

מדידה של שטף גזי חממה מקרקעות חקלאיות באמצעות לשכות סטטי

מתואר פרוטוקול שבו CO2 מינרלי ממזהם אורגני (שמקורו בחומרי הזנה של נפט) נלכד, מכומת ומנותח עבור תכולת 14C. פותח מודל לקביעת ההיקף המרחבי של אזור לכידת CO2. מדידות מרחביות וזמניות מאפשרות שילוב שיעורי מינרליזציה של מזהמים לחיזוי היקף וזמן התיקון.

פחמן מבוסס מדידת מינרליזציה מזהם שימוש המשולב CO<sub&gt; 2</sub&gt; ניתוח שטף ו פחמן רדיואקטיבי

דפוסי המרחבי של סחף, בתצהיר שניתן להסיק מן הבדלי גובה הקרקע ממופה ב בפרקי זמן המתאים. שינויים כאלה בהעלאת קשורים לשינויים פחמתי ליד-פני האדמה. שיטות הדיר מדידות שדה, מעבדה של כמויות אלה ושיטות ניתוח הנתונים מתוארים כאן.

מדידה ומיפוי דפוסים של סחף אדמה ומשקעים הקשורים אדמה ריכוזים קרבונט תחת ניהול חקלאיים

סום ביסוד אדמה פונקציות ותהליכים רבים, אבל את האפיון שלה על ידי FTIR ספקטרוסקופיה לעיתים קרובות תיגר הפרעות מינרלי. השיטה המתוארת יכול להגדיל את התועלת של ניתוח סום מאת FTIR ספקטרוסקופיה על-ידי חיסור ספקטרה הפניה מינרלים מינרלים הפרעות בספקטרה קרקע באמצעות מדעית שהושג.

שיפור ספקטרוסקופית אינפרא אדום אפיון של חומר אורגני בקרקע עם המתחוללות ספקטרלי

נוף תהליכים רכיבים קריטיים היווצרות הקרקע, תפקיד חשוב בקביעת קרקע, מבנה מרחבי של נופים. אנו מציעים גישה חדשה באמצעות רגרסיה stepwise גורמים ראשיים כדי לחזות לחלוקת קרקע ואת פחמן אורגני אדמה מעבר סולמות מרחביים שונים.

השימוש של הרכיבים העיקריים עבור קנה מידה את סימון שבילים מודלים למיפוי פחמן אורגני הפצה אדמה וקרקע

פרוטוקול זה מציג זרימת עבודה עבור הדמיה דו-ממדית תת-מ"מ של מינים מרובים של חומרים מזינים אנאורגניים מזהמים ומינים מזהמים באמצעות מעברי צבע דיפוזיביים בסרטים דקים (DGT) בשילוב עם הדמיית ספקטרומטריית מסה. דגימה מסיסת וניתוח כימי ברזולוציה גבוהה מתוארים בפירוט למיפוי כמותי של מסיסים בריזוספרה של צמחים יבשתיים.

הדמיה דו מימדית וכימות של Labile, חומרים מזינים ומזהמים צמחיים אנאורגניים באדמה

כתב יד זה מתאר פרוטוקול לרדיוגרפיה של נייטרונים וטומוגרפיה ממוחשבת של דגימות ביולוגיות באמצעות אלומת CG-1D של כור איזוטופים בשטף גבוה (HFIR) כדי למדוד שתל מתכת בעצם הירך של חולדה, ריאה של עכבר ומערכת שורשים/קרקע עשבונית של צמחים.

רדיוגרפיה של נייטרונים וטומוגרפיה ממוחשבת של מערכות ביולוגיות בכור איזוטופ השטף הגבוה של המעבדה הלאומית אוק רידג'

שיטת האימות המתוארת כאן ניתנת להתאמה לניטור בידוד פחמן אנאורגני פדופילי בקרקעות חקלאיות שונות המתוקנות בסלעים המכילים סיליקט מתכתי אלקליין, כגון וולסטונייט, בזלת ואוליבין. סוג זה של אימות חיוני עבור תוכניות אשראי פחמן, אשר יכול להועיל לחקלאים לבודד פחמן בתחומם.

ניטור הצטברות פחמן אנאורגנית פדוגנית עקב בליה של מינרלים סיליקט מתוקן בקרקעות חקלאיות.

שבירת צפיפות הקרקע מפרידה את החומר האורגני של הקרקע לבריכות נפרדות בעלות מנגנוני ייצוב, כימיה וזמני תחלופה שונים. פתרונות פוליטונגסטייט נתרן עם צפיפויות ספציפיות מאפשרים הפרדה של חומר אורגני חלקיקי חופשי וחומר אורגני הקשור למינרלים, וכתוצאה מכך שברי חומר אורגני המתאימים לתיאור תגובת הקרקע לניהול ושינויי אקלים.

ניצול שבירת צפיפות הקרקע להפרדת בריכות פחמן נפרדות בקרקע

למד מדידת פחמן בקרקע באמצעות ניתוח ניוטרון-גמא בשיטה סטטית וסריקה מצבי. שיטה זו מאפשרת מדידה לא הרסנית של נפחי קרקע גדולים בעומק של עד 10 סנטימטרים.

מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי

גלה סרטונים נוספים