Medições de carbono no solo por nêutrons-Gamma análise estática e modos de digitalização

O objetivo geral deste procedimento é medir o carbono no solo em locais específicos ou em toda uma área. Este método baseia-se na aplicação do espalhamento inelástico de nêutrons à análise de carbono no solo. A principal vantagem dessa técnica é que ela é um método não destrutivo e realizado in loco para medir o carbono no solo em grandes volumes de solo.

A análise dos raios gama criada quando nêutrons interagem com elementos do solo permite medir o carbono no solo nos primeiros 10 centímetros das camadas de solo. Este método pode ser usado em modo estacionário em um único ponto do campo, como uma amostra tradicional de solo, ou em modo de varredura, no qual o carbono médio do solo para todo o campo é medido. Antes de trabalhar com o sistema INS, obtenha materiais para delimitar uma área restrita ao redor do gerador de nêutrons.

Verifique se o botão de interrupção de emergência do gerador de nêutrons está desobstruído. Verifique o indicador de nível de energia no carregador da bateria. Recarregue as baterias se menos de três luzes vermelhas estiverem acesas.

Uma vez que o nível de potência seja aceitável, ligue o inversor de potência e o laptop do sistema. Abra o programa de aquisição de dados. Para cada detector, verifique se a tensão alta do DAC, o offset do DAC e o coeficiente de energia do filtro lento correspondem aos valores previamente definidos.

É fundamental para o funcionamento de todo o sistema INS que todos os detectores estejam mantidos em condição ótima de trabalho. Em seguida, posicione uma fonte de Césio-137 a uma distância de cinco a 15 centímetros de todos os detectores do sistema. Inicie a aquisição de espectros e verifique a posição do centróide do pico de 662 quiloeletronvolts do Césio-137 em cada detector.

Se os centróides não estiverem no mesmo canal, ajuste o coeficiente de energia do filtro lento para alinhar os centróides no mesmo canal. Os espectros dos três detectores são resumidos após a aquisição dos espectros. Portanto, é importante que os picos de interesse sejam posicionados nos mesmos canais.

Uma vez que o sistema esteja pronto para calibração, armazene a fonte de Césio-137. Para iniciar a calibração utilizando covas com misturas homogêneas de areia e carbono com teores de carbono conhecidos, posicione o sistema INS sobre a primeira cova de calibração de modo que a projeção da fonte de nêutrons fique centralizada na cova. Marque claramente a área restrita com bordas situadas a não menos de quatro metros do gerador de nêutrons.

Coloque sinais de advertência de área com risco de radiação no perímetro desta área. Use a chave para ligar o gerador de nêutrons. Verifique se a lâmpada indicadora está verde.

Abra o software de controle do gerador de nêutrons e limpe quaisquer falhas. Ajuste a frequência de pulso, o ciclo de trabalho, o tempo de atraso e o tempo de extensão. Em seguida, preencha a tensão e a corrente do feixe de nêutrons.

Ative o gerador de nêutrons e aguarde a estabilização das leituras de tensão e corrente. Em seguida, no software de aquisição de dados, inicie a aquisição de espectros. Colete os dados durante uma hora e, então, interrompa a aquisição.

Salve o espectro adquirido para cada detector e feche ambos os programas. Desligue o gerador de nêutrons com a chave e verifique se a lâmpada indicadora enfraquece. Repita o processo para cada poço de calibração.

Em seguida, importe os dados adquiridos para um programa de planilha eletrônica. Localize as linhas que contêm as taxas de contagem de saída, taxas de contagem de entrada e tempo real. A partir desses dados, calcule os tempos de vida para todas as medições.

Converta as leituras gama para contagens por segundo utilizando os tempos de medição. Repita este processo para cada poço de calibração. Em seguida, calcule o espectro líquido de INS para cada poço.

Utilizando software analítico, visualize o primeiro espectro de INS líquido. Clique com o botão direito no gráfico gerado e clique em Mostrar Informações para exibir janelas com os marcadores A e B. Use os marcadores para selecionar o pico de 1,78 megaelétron-volt.

Abra a função de ajuste de múltiplos picos e defina a linha de base como linear e os limites como os cursores do gráfico. Use a ferramenta para detectar automaticamente os picos e determinar a área dos picos. Em seguida, selecione o pico de 4,44 megaelétron-volt e determine a área do pico da mesma maneira.

Repita este processo para cada espectro de INS líquido. Calcule a área líquida do pico de carbono para cada poço de calibração a partir desses valores. Trace as áreas líquidas dos picos de carbono em função do carbono do poço.

Aplique um ajuste linear para gerar o coeficiente de calibração para o sistema INS. Para realizar medições de solo em campo no modo estático, utilize a mesma técnica empregada com os poços de calibração. Para realizar medições de solo em campo no modo de varredura, projete primeiro um percurso para que o sistema varra toda a área de interesse em uma hora.

Posicione bandeiras nas plantas em cada ponto de viragem ao longo do percurso. Inicie a aquisição de dados e mova o sistema INS ao longo do caminho predeterminado na velocidade apropriada. Após a conclusão da aquisição de dados, desligue o sistema conforme descrito anteriormente.

Analise os dados e calcule o carbono do solo para a área escaneada utilizando o coeficiente de calibração. O carbono na camada superior do solo foi medido com um método tradicional de combustão seca e com o sistema INS em modo estático. Os resultados apresentaram boa concordância e os mapas de distribuição de carbono do campo amostrado foram muito semelhantes para os dois métodos.

Levou cerca de dois meses para concluir as medições de combustão seca no local de campo, enquanto as medições de INS em modo estático foram concluídas em dois dias. As medições de INS em modo de varredura foram comparadas às medições em modo estático realizadas ao longo do percurso de varredura. O espectro líquido de INS em modo de varredura correspondeu aos espectros em modo estático dentro dos limites de erro experimental.

Além disso, os dados no modo de varredura foram adquiridos em uma hora, enquanto levou cinco horas para coletar os cinco conjuntos de dados no modo estático. Essa técnica de espalhamento inelástico de nêutrons deverá melhorar significativamente a capacidade dos pesquisadores de medir o carbono no solo em campo, o que ajudará os cientistas do solo a desenvolver estratégias de sequestro de carbono e a criar práticas de manejo que otimizem a produtividade do solo. A relevância de um método de espalhamento inelástico de nêutrons em comparação com um método tradicional de amostragem de solo reside na maior velocidade na determinação do carbono no solo e na melhoria da precisão da análise em toda a área do campo.

Estudos estão em andamento para ampliar esta técnica à medição de outros elementos do solo e à medição da umidade do solo.